［本站讯］近日，空间科学攀登团队电离层-磁层耦合课题组在亚极光区极化流的电离层-热层效应研究方面取得新进展，成果分别以“Explaining Ionospheric Ion Upflow in the Subauroral Polarization Streams（解释亚极光区极化流内的离子上行）”与“Impacts of Subauroral Polarization Streams on Storm-Enhanced Density Plume and Consequently on Polar Tongue of Ionization（亚极光区极化流对暴时密度增强与舌状电离结构的影响）”为题，在Remote Sensing（李书翰等，2022，RS，JCR分区1区）与Earth and Space Science（李书翰等，2023，ESS，JCR分区2区）。课题组博士后李书翰为第一作者，刘晶教授为通讯作者。

亚极光区极化流（SAPS）是亚极光区电离层下午至夜侧的西向高速等离子体流，速度可高达几千米每秒。高速的SAPS能与背景大气发生摩擦加热和拖拽加速，进而引起电离层-热层显著响应，并通过调制场向电流或扰动发电机电场反馈磁层。因此，SAPS是联系磁层-电离层-热层耦合的关键环节，具有重要的研究价值和科学意义，受到广泛关注。然而，碍于SAPS形态的多样性和产生机制的复杂性，且受以往观测限制，关于SAPS的电离层-热层效应尚未形成清晰的物理图像，欠缺深入的机理讨论。

图1.北半球SAPS增强的（a）西风与（b）经向风与倾斜磁力线作用，引起离子垂直方向运动的示意图

研究聚焦SAPS的电离层-热层效应，利用三维电离层-热层电动力学耦合理论模型和多种观测数据，全面分析SAPS与局地离子上行、局地附近暴时密度增强（SED）和舌状电离结构（TOI）的关系。研究首次指出SAPS区域附近的离子上行是由其增强的风场输运和双极扩散共同导致，且两者的贡献相当。SAPS通过改变风场引起局地离子垂直方向运动是由于SAPS增强的水平风拖曳等离子体，在中高纬倾斜磁力线的作用下，使等离子体输运产生垂直分量（如图1所示）。因此，SAPS通过调控中性风引起离子上行具有经度依赖。该结果很好地解释了以往观测中SAPS区域出现的离子下行现象，且更新了SAPS在局地仅通过双极扩散驱动离子上行的传统认识。

图2. SAPS引起的北半球TEC变化。橙色等高线表示SAPS的位置，品红色线为不考虑SAPS作用时SED与TOI位置，绿色线为考虑SAPS作用时SED与TOI位置

研究还发现SAPS可以影响高纬SED和TOI的强度和分布。使喉区附近的SED向西移动，由于喉区电子密度是TOI的源，因此TOI也发生向西移动且强度减弱（如图2所示）。对理论模型的项分析显示，SAPS调制SED和TOI是通过改变光化学和输运过程的共同作用。研究结果揭示了SAPS对局地物理化学过程的影响，并最终导致大尺度电离层结构的变化。

近年来，空间科学攀登团队电离层-磁层耦合课题组积极参与子午工程等国家重大任务，聚焦极区磁层-电离层-热层耦合及其空间天气效应等科学前沿，取得了系列研究成果，先后在Science、Nature Physics、PNAS、Nature Communications、GRL、JGR、RS、ESS等杂志上发表学术论文100余篇，多篇被选为Science、Nature和JGR的研究亮点或封面，并受邀撰写美国地球物理学会（AGU）专著2章等。本研究得到国家自然科学基金和子午工程等项目资助。

文章链接：

1.Explaining Ionospheric Ion Upflow in the Subauroral Polarization Streams

2.Impacts of Subauroral Polarization Streams on Storm-Enhanced Density Plume and Consequently on Polar Tongue of Ionization