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科研|极地大气与空间物理团队在径向行星际磁场对极区电离层对流边界影响的研究方面取得新进展

发布日期:2022-04-20 15:05:13

科研|极地大气与空间物理团队在径向行星际磁场对极区电离层对流边界影响的研究方面取得新进展


        IMF的Bz和By分量在太阳风-磁层耦合系中起着至关重要的作用,这两个行星际参量几乎控制了绝大部分太阳风能量、质量和动量向磁层空间输运的物理过程。因此,过去研究人员主要致力于Bz和By的影响的研究,对Bx影响的研究较少。但在近十几年来,人们发现IMF的另外一个分量,即Bx对磁层顶位形、重联率、电离层越极盖电势差等均有重要影响,特别是在IMF Bx分量占据主导的情况下(也称为径向IMF)。


        近日,总站|ld乐动体育app下载高空团队在JGR杂志上发表了论文“HMB Variations Measured by SuperDARN During the Extremely Radial IMFs: Is the Coupling Function Applicable in Radial IMF?”。该研究使用北半球高纬和极盖地区的SuperDARN雷达,来计算电离层对流边界(也称作Heppner- Maynard Boundary,HMB)。不同于单次计算Bx只能设定为常数的MHD模拟研究和不考虑Bx影响的经验模型(如Weimer电场模型、TS18电离层对流模型等),HMB在用于大量数据的统计研究时可以较好的反应Bx的影响。该研究统计了2002-2017年所有的径向行星际磁场条件下的HMB。研究发现:(1)在径向行星际磁场期间,HMB的子夜纬度位置在64-65°,并且太阳风-磁层-电离层的耦合水平中等偏弱;(2)HMB纬度位置和Bx分量的强度呈负趋势,特别是在逆阳方向的分组中;(3)不包含Bx项的耦合函数可能不适用于径向行星际磁场;(4)径向行星际磁场会导致磁层顶边界层的南北不对称,这可能是导致逆阳径向磁场和向阳径向磁场之间的大尺度耦合差异。


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图1  HMB子夜所在纬度和对应行星际磁场分量之间的散点图。(a)行星际磁场的Bx分量图,(b)By,和(c)Bz。所有负值分组都使用黑点表示,而红点表示正值分组。在每个面板中,“r”和“P”表示皮尔逊相关系数和P值。可以看到只有Bx和HMB之间有明显关系,By、Bz与HMB无明显关系。



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图2  HMB午夜所在纬度与日侧重联电场和太阳风速关系的散点图。(a)逆阳方向的HMB午夜所在的纬度与日侧重联电场的关系。(b)向阳方向的HMB午夜纬度随着日侧重联电场的变化。(c)和(d)是相同排列的HMB与太阳风速度的散点图。在每个子图中,“r”和“P”分别表示皮尔逊相关系数和P值。可以看到太阳风速度越快,HMB越向低纬扩展。而只考虑了太阳风速度、By和Bz的耦合函数的结果与HMB无明显关系,不考虑Bx效应的耦合函数在径向下不适用。


        该论文的第一作者是总站|ld乐动体育app下载和南京信息大学联合培养的博士生王智伟,吕建永教授和胡红桥研究员为该论文的第一、第二通讯作者,其他作者分别来自于极地中心高空团队和南京信息工程大学空间天气团队。该研究得到了国家重点研发计划(2018YFC1407305, 2018YFC1407304, 2018YFF01013706, 2021YFE0106400), 国家自然科学基金(Grants 42030203, 41974185, 41974190, 41831072, 42074195, 41674169), 电磁环境国家重点实验室(201801003),江苏省自然科学基金(BK20170952)子午工程,国际子午线计划(A131901W14)和应用气象学研究所等单位、基金的支持。


相关论文:

Wang, Z., Lu, J., Hu, H., Liu, J., Hu, Z., Wang, M., et al. (2022). HMB variations measured by SuperDARN during the extremely radial IMFs: Is the coupling function applicable in radial IMF? Journal of Geophysical Research: Space Physics, 127, e2021JA029589. https://doi. org/10.1029/2021JA029589


论文链接:

https://doi.org/10.1029/2021JA029589


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