与磁层高纬太阳风进入相关的极光研究

We propose a detailed study of polar cap arcs occurring during northward directed interplanetary magnetic field (IMF) Bz component. The mechanisms of these transpolar aurora formation are still not well understood. At the same, a new region of solar wind entry into high latitude magnetosphere during northward IMF Bz was discovered recently. We will present some transpolar auroras occurring in correlation with the solar wind entry events. For ~20 events from ~100, transpolar auroras were observed by GUVI experiment onboard TIMED spacecraft. The properties of entry plasma, electron and ion properties associated with auroras and correlations with IMF conditions will be examined for the most intense events using multiple spacecraft data (Cluster, TIMED, DMSP, IMAGE, POLAR).The time evolution and asymmetries between two hemispheres for these transpolar arcs are expected to study as well.

本项目将详细研究在行星际磁场（IMF）北向期间(Bz>0)发生的极光弧事件。目前，有关这类跨极区极光（transpolar auroral arcs）的形成机制尚不明确。最近Shi等人在地球磁层高纬区域发现了IMF北向期间新的太阳风进入区，但太阳风进入此区域后是否能够产生极光，人们并不清楚。我们将研究与太阳风进入区相关的跨极区极光事件。利用TIMED卫星GUVI仪器的数据结合多卫星（Cluster, DMSP, IMAGE, POLAR）联合观测的数据，研究与极光以及太阳风进入区等离子体和带电粒子等参数特性。另外，我们也将研究此类极光弧事件的南北半球不对称性及其时间演化等问题。这对于我们研究地磁平静时期高纬磁层的基本物理过程具有重要意义。

本项目对太阳风的粒子入侵及其极光的表现进行了研究，发现跨极区极光同时存在向阳面和背阳面两个来源，挑战了以往十余个单一来源的极光模型，为跨极区极光的形成提供了新的观点，文章曾被JGR杂志网站列为特色文章（featured article）。还对对太阳风等离子体进入背阳面高纬度尾瓣区域进行了研究，并结合2013年史等人对2002-2004年8-10月份太阳风进入事件的研究结果，发现不同季节太阳风进入事件的发生率是相当的。并且，通过统计不同季节地球磁偶极轴偏转和行星际磁场条件对事件发生率的影响，我们发现，地球磁偶极轴偏转效应是影响进入事件南北半球不对称性分布的主要因素；而行星际磁场Bx分量则对冬季半球进入事件的发生占主导作用。这一结果进一步支持了太阳风等离子体在该区的传输的高纬磁层顶磁重联机制。此外，我们统计了行星际磁场By对进入事件的影响，结果显示，行星际磁场By对进入事件的影响主要是随Bx的变化而变化，两者符合帕克螺旋线。项目执行期间，标注本项目发表5篇SCI论文，其中4篇发表在业内重要刊物JGR上。协助培养一名硕士毕业生。