行星际条件与极光卵变化的关系研究

极光是太阳风-地球磁层-电离层耦合作用下产生的地磁活动中不可或缺的部分，人们对极光关心的首要问题之一是极光在全球范围内的分布情况。极光卵是极光全球分布的瞬间"快照"，是一个以地磁极为中心的卵圆环，悬在地球上方。极光卵不断变化，其强度和位置随时都受到太阳风和行星际磁场的调控。本项目拟通过分析极光卵的形态、强度以及太阳风参数、行星际磁场等的观测资料，找出与极光卵变化关系最密切的行星际条件。并鉴于太阳风-磁场耦合作用对地磁活动的重要影响，试图建立一个直接以行星际条件或太阳风-磁层耦合作用为参数的极光卵模型，用来预报极光卵位置和强度，以及进行其它的极光活动业务。

按研究计划进行，基本完成项目目标，发表相关论文4篇，其中3篇为SCI。本项目工作不仅让我们了解了各种行星际条件下不同区域的极光活动，还进一步认识了能量在太阳风－磁层－电离层系统中的传输、储存和释放过程。具体如下：.（1）极光涉及太阳风－磁层－电离层相互作用而传输能量的过程。日侧、夜侧极光与不同的磁层现象有关，而磁层的不同部位对行星际条件有不同的响应。利用Polar UVI有整个极光卵的极光图，对极光亮度进行积分平均，再结合NASA OMNI的行星际磁场（IMF）和太阳风观测数据，研究了IMF和太阳风对极光活动的影响，并且分析了太阳风动压、密度和速度单独对极光的作用，试图找出IMF和太阳风对不同区域极光亮度的影响。可以利用得到的结果来定性预报各种行星际条件下不同区域的极光活动。.（2）亚暴一般发生在南向IMF条件下，但最近有观测表明，北向IMF时，也会有很强的亚暴发生。据我们所知，不同上游参数下亚暴的统计响应还没被研究过，相应的能量源也仍然是个疑问。利用IMAGE的5年观测数据，结合OMNI数据，其中我们利用AL指数的下降和极光膨胀相时的极光总亮度来表征亚暴强度，统计分析了北向IMF下的亚暴特性，及其与行星际磁场和太阳风条件之间的关系。统计特征表明，北向IMF下的亚暴，其能量来源主要是之前南向IMF时积累的能量，另外强的By与太阳风动压也有利于太阳风能量进入磁层，并向磁尾输运。.（3）持续几小时的磁层亚暴，是存储于地球磁尾的太阳风能量的瞬间释放引起的，导致极光卵的增大增亮和极光电急流增强等。利用WIND和ACE的太阳风观测数据作为上游输入条件，模拟了1998年6月5日事件中磁层、电离层对太阳风的响应。计算了1998年6月5日的一次亚暴事件中IMF突然转向的条件下磁层顶能量传输，电磁能和机械能被分开计算，并给出了详细的能量传输地图。期间磁层顶上的能量传输，能与电离层中的一些观测结果相联系。