太阳风扰动激发大尺度热层重力波的过程与机制探讨

The large-scale gravity waves (of the order of thousands of kilometers horizontal scale) can propagate to low latitudes and represent one mechanism for globally redistributing energy and momentum within the thermosphere, and thus are fundamental to our understanding of this aspect of solar-terrestrial coupling. While considerable progress has been made in understanding their propagation properties over the past decade, elucidation of their source mechanisms remains a challenge. In this proposal, we plan to investigate physical processes and mechanisms of large-scale gravity wave excitation in auroral regions by solar wind fluctuations, with focus on interplanetary shocks and Alfvén waves embedded in high-speed streams. The scientific results will significantly advance knowledge of solar-terrestrial connection.

大尺度热层重力波（波长大于1000公里）能够有效地将高纬区域的能量和动量传输至低纬赤道区域，从而在日地系统能量传输过程的中占有重要地位。在过去几十里，大量的观测分析和理论研究使我们对大尺度热层重力波的传播特性有了比较充分的认识，但对波源机制的理解还相当肤浅。本项目将针对行星际激波激发大尺度重力波事件（单步激发事件）、高速流携带的阿尔芬波激发大尺度重力波事件（多步激发事件），研究太阳风扰动诱发极光增强基本空间物理过程，探讨极光增强过程中大尺度热层重力波的激发机制。

大尺度热层重力波具有近似水平方向传播和远距离传播的特性，采用极轨卫星追踪重力波的产生和传播具有独特的优势。本项目利用极轨卫星CHAMP和GRACE的热层密度数据，并结合太阳和太阳风观测数据，研究了太阳风扰动激发大尺度热层重力波的过程与机制，取得了一些研究成果：建立了太阳风扰动激发大尺度热层重力波的事件列表，重点关注了持续时间较长（超过2天）的行进式大气扰动事件; 进一步认识了大尺度热层重力波的主要太阳-行星际驱动源; 发现阿尔芬波在太阳风激发热层重力波过程中发挥关键作用，携带阿尔芬波的太阳风可驱动极光电集流脉冲增强进而激发大尺度热层重力波，大尺度热层重力波在向赤道方向传播途中引起全球热层中性成分密度剧烈扰动，持续时间长达~7天。还发现阿尔芬波在太阳风离子体中的存在形式包括扭转波模。这些成果将有助于我们进一步理解太阳风扰动引起热层重力波的激发过程。