极隙区纬度EMIC波共轭研究

The cusp is located around the local magnetic noon at the high latitude, acting as a tunnel where the geomagnetic field lines can directly connect with the interplanetary magnetic field, and the solar wind particles can penetrate into the magnetosphere and even the ionosphere, therefore it play a crucial role in the solar wind-magnetosphere-ionosphere coupling processes. The cusp and its vicinity are rich in complicated transformation and transportation for mass and energy, such as the excitation and propagation of the Pc1-2 waves, also called the electromagnetic ion cyclotron waves. The Pc1-2 waves are highly associated with the background magnetic field structure, the activities of the charged particles, and the plasma environment parameters, etc. In this project observations from Chinese Antarctic Zhongshan Station, Chinese Arctic Yellow River Station and the other sites near them, as well as from the four Cluster satellites will be utilized, to investigate the generation and propagation of the Pc1-2 waves near the cusp. The work will focus on the comparison of the wave occurrence and properties between the northern and southern hemispheres, and their dependence on the geomagnetic field configuration and charged particle activities, as well as their relationship with the boundary physical courses near the cusp. This will enhance our knowledge regarding the complicated structure and dynamic course around the cusp and the energetic coupling for solar wind-magnetosphere- ionosphere system.

极隙区位于高纬磁中午附近，是地球磁场与行星际磁场直接相连的通道，也是太阳风粒子能够直接进入磁层乃至电离层的唯一区域，在太阳风-磁层-电离层耦合过程中占有重要的地位。极隙区及其附近存在复杂的物质与能量的变换和输运过程，其中最为典型的现象之一是Pc1-2波(0.1-5Hz)，也称为离子回旋波，其激发和传播跟磁场结构、粒子运动和等离子体环境均密切相关。本项目拟利用我国南极中山站和北极黄河站及其附近台站的观测数据，以及Cluster等卫星观测数据，研究极隙区及其附近的Pc1-2波的起源和传播，对比分析其南北极异同，分析地磁场位型和等离子体环境参数以及边界层过程对波激发和传播的影响。由此获得对极隙区结构和动力学过程以及太阳风-磁层-电离层能量耦合过程的新认识。

极隙区是太阳风-磁层-电离层耦合的重要区域，是地球磁力线能够伸展到行星际的唯一区域，在日地耦合系统中占有极为重要的地位。ULF波是存在于日地耦合系统的典型现象，其激发与日地耦合过程密切相关，其传播与磁层结构和等离子体环境紧密相连。EMIC波是ULF波的重要频段，更是与能量粒子分布、等离子体不稳定性及磁层边界层过程密不可分。在极隙区附近建立地面观测站，对EMIC开展观测研究，对监测极区空间环境，认识日地耦合过程和机理具有重要意义。中国南极中山和北极黄河站即使位于极隙区附近的南北极共轭观测站。.本项目主要开展极隙区纬度的Pc1-2（EMIC）波观测研究。为此，我们开展了南北极现场多台磁力计的连续观测。同时，在北极黄河站和朗伊尔站布署了新的感应式磁力计，建立了极隙区南北极共轭的ULF波观测系统，获得了宝贵的极地现场超低频波观测资料。我们统计研究了极隙区南极中山站和北极黄河站观测的感应式磁力计数据，获得了Pc1-2波的南北极共轭分布特征。我们分析了THEMIS卫星和极隙区南北极地面站同时观测的Pc1波事件，考察波能量传输方向，极化特征和动态谱特征，据此推断波起源于外磁层闭合磁力线区低纬磁层顶附近。我们分析Cluster卫星和极隙区地面站同时观测的Pc2波事件，获得EMIC波单一事件在磁层活动范围覆盖6.5-13.6L，在地面覆盖磁地方时2.5小时。这些结果加深了我们对日地耦合过程和高纬边界层过程的认识。.受本项目资助，我们还更新了南极中山站感应式磁力计。我们还购置了数据采集卡，低压双极电源，GPS接收卡，利用配备经费购置感应探头，编制了新的采集程序，开发了一台新的感应式磁力计。该感应式磁力计刚部署到南极泰山站。.我们建立的极隙区南北极共轭的超低频波观测系统，受到国际同行关注，并将进一步通过国际合作，把该系统拓展成为南北极磁共轭的二维磁计观测网，覆盖中国南北极考察站，美国南极考察站以及格林兰岛的磁力计链，将显著提高对极区空间环境特别是超低频波和日地耦合过程的监测水平。