极盖区电离层等离子体云块形成与极盖区变化关系研究

Polar cap ionospheric plasma patches are typical space weather phenomena in the polar upper atmosphere. It may have great influence on the trans-ionospheric radio waves. This will further cause degraded performance for global navigation satellite system and radio communication. With increased data coverage of the polar upper atmosphere and the importance of polar cap patches in influencing human activities, the mechanisms creating polar cap patches are becoming one of the important research topics in space weather community.In this project, focusing on the question of how physical processes in the cusp projection on the ionosphere will influence creation of polar cap patches, we will try to identify mechanisms responsible for polar cap patch structuring during period of polar cap expansion/contraction. We will also study the relative importance between sunlit ionization on the dayside and ionization by auroral particle precipitation in contribution to polar cap patches. A data-driven numerical simulation model will be developed for the study of polar cap patch creation and evolution.

极盖区电离层等离子体云块是极区高层大气中典型的空间天气学现象，其存在将影响极区导航定位和高频无线电通信。随着极区空间探测数据的不断增加及等离子云块对人类活动的影响，等离子体云块的形成机制是当前国际研究的热点。本项目将采用地面多手段观测，结合数值模拟，聚焦极隙区物理过程对极盖区等离子体云块形成的影响这一关键科学问题，研究极盖区膨胀和收缩过程中极盖区等离子体云块的产生机制，研究日侧光致电离等离子体和极隙区附近极光粒子沉降对极盖区等离子体云块形成的相对重要性，建立基于极区高频雷达数据驱动的高纬电离层数值模型研究等离子体云块的产生和传播过程。

极盖区电离层等离子体云块是极区高层大气中典型的空间天气学现象，其存在将影响极区导航定位和高频无线电通信。随着极区空间探测数据的不断增加及等离子云块对人类活动的影响，等离子体云块的形成机制是当前国际研究的热点。通过极区GPS接收机台网结合SuperDARN雷达的观测结果，对等离子体云块形成过程进行了事件分析；利用中山站电离层测高仪和SuperDARN数据，分析了对流电场在F2层空白形成中的作用；利用TEC keogram方法，从两个事例中识别出一系列清晰的极盖区等离子体云块，且根据该方法估算出的云块运动速度与SuperDARN雷达观测结果一致；利用中山站数字测高仪、SuperDARN雷达以及三频钠共振荧光多普勒激光雷达等设备，研究了高纬偶发E层的动力学特征。利用5年的DMSP卫星观测数据，比较了“经典”和“热”云块的等离子体特性，提出了区别两种云块的判据，研究了离子上行流的高发率与热云块区域粒子沉降间的关联。利用极区高频雷达观测的对流电场作为高纬电离层模型(HIM)的约束条件，开展了基于数据驱动的极盖区等离子体云块产生和演化的数值模拟研究。截止到目前为止，发表标注学术论文6篇，在审2篇，皆为SCI检索，目前还有部分相关研究工作待投稿。培养博士研究生1人。本项目利用地基和卫星观测，结合数值模拟，聚焦极隙区物理过程对极盖区等离子体云块形成的影响这一关键科学问题，研究了极盖区膨胀和收缩过程中极盖区等离子体云块的产生机制，研究了极隙区附近极光粒子沉降对极盖区等离子体云块形成的贡献，建立了基于极区高频雷达数据驱动的高纬电离层数值模型研究等离子体云块的产生和传播过程。