基于SuperDARN雷达观测的极区中层夏季回波特征研究

Polar Mesosphere Summer Echoes(PMSE) is one of the most important topics in space weather research and is also got the extensive attention by experts at home and abroad. Currently, PMSE are primarily studied in the VHF wavelength range in Northern Hemisphere(NH). The observation history of PMSE in Southern Hemisphere(SH) is very short and our knowledge of them is still very poor due to the lack of radars deployed in polar region in SH.Based on the related results,the applicant will analyse the global distribution and the differences of PMSE in NH and SH.The diurnal and seasonal variation of SuperDARN PMSE will be presented statistically.The influence of geomagnetic activity will be investigated.The expected results will enrich the coupling theory of magnetosphere-ionosphere-thermosphere system and a novel method is proposed to solve the problems in these fields,promoting PMSE research to a new level.

极区中层夏季回波（PMSE）一直是空间天气学中很重要的研究课题之一，受到国内外学者的广泛关注。目前大部分的研究方法和手段主要是利用甚高频(VHF)雷达对北半球PMSE现象进行研究。由于设备的缺乏，对南半球PMSE以及从全球角度对PMSE的研究很少。本项目团队在已有相关研究成果的基础上，利用中国南极中山站高频雷达以及中山站测高仪常年的观测数据，结合全球分布广泛的SuperDARN雷达观测网，对PMSE的全球分布范围、南北半球对比特征、日变化、季节性变化特征以及地磁活动和太阳活动对其的影响开展研究。预期成果将进一步丰富磁层-电离层-中高层大气系统耦合理论，为后续的研究提供新的思路和方法，推动PMSE的研究迈上新的台阶。

该项目收集了全球SuperDARN雷达网数据并进行初步筛选和整理；基于IDL可视化编程语言，构建了从SuperDARN全球雷达网中提取PMSE的算法，并且提取了多个PMSE典型事件，同时制作了事件列表；通过对典型PMSE的事件分析，总结了高频段PMSE的变化特征及其规律，分析了极光带粒子沉降对PMSE产生的影响，阐述了了可能的物理机制；通过对提取算法进行优化，从全球多部雷达中提取了大量的PMSE事件用于后续的统计分析；对PMSE进行了全球分布范围的统计及对比分析，分析了不同地理纬度、地磁纬度PMSE的差异，分析了其中蕴藏的物理机制。提取了南北半球SuperDARN雷达网中靠近极光带雷达观测的PMSE事件，考虑地磁活动、太阳活动增强和减弱时PMSE的变化规律和特征；对不同的太阳风条件，行星际磁场和地磁活动与PMSE的变化进行了相关性分析；基于SuperDARN雷达可能谈的回波类型，分析了电离层不规则体回波、极区中层夏季回波、流星余迹散射回波和地面、海面散射回波的各自特点，考虑不同回波分类的情况对电离层对流图的影响，重构了电离层对流图，构建了电离层对流中的重要参数-越极盖电势的深度学习模型，评估了模型误差，探讨了深度学习在极区中层夏季回波分类以及电离层对流模型构建中的应用潜力。