亚极光区域电离层与等离子体层边界统计研究

The subauroral region is important region for ionosphere-plasmasphere coupling. There are many important boundary structures in the subauroral region, such as the equatorial boundary of precipitation particles, the subauroral ion drift, the mid-latitude ionospheric trough, and the plasmapause. The relationships between these boundaries have significant effects on the ionosphere-plasmasphere coupling. Multi-Satellites observation data of the ionosphere and the plasmasphere will be used to setup the databases of ionospheric and plasmaspheric boundary crossings in the subauroral region. The databases will be used to investigate the characteristics of the ionospheric and plasmaspheric boundaries and their relationships with geomagnetic indices (e.g., Kp, Dst, AE, SYM-H) and solar wind and interplanetary parameters. The south-to-north asymmetries of the subauroral ionospheric boundaries and their geomagnetic activity variations will be investigated in this project to explore the reasons that generate the asymmetries. Through matching the boundary crossings in both space and time, the relationships between the ionospheric boundaries and the plasmaspheric boundaries (e.g., plasmapause, plume, trough) in the subauroral region, especially the relationships during storms and substorms, will be all investigated in this project. Investigations in this project will help us understand the coupling process of the ionosphere-plasmasphere system, and will provide an important basis for future establishment of a dynamic ionosphere-plasmasphere coupling model.

亚极光区域是电离层和等离子体层耦合的重要区域。在亚极光区域存在粒子沉降的赤道边界、亚极光离子漂移、中纬电离层密度槽和等离子体层顶等重要边界结构。这些边界之间的相互关系对电离层和等离子体层耦合具有重要影响。本项目利用大量电离层和等离子体层探测卫星的观测数据，建立亚极光区域电离层和等离子体层边界穿越数据库，研究亚极光区域电离层和等离子体层边界的空间分布特征、边界位置与地磁指数（如Kp、Dst、AE、SYM-H等）和太阳风/行星际参数的关系。研究亚极光区域电离层边界及其随地磁活动变化的南北不对称性，分析产生不对称性的原因。通过对数据库中的各种边界穿越进行时空上的配对，研究亚极光区域电离层边界与等离子体层顶、等离子体层尾之间的关系，特别是磁暴和亚暴期间的相互演化关系。该项目的实施有助于研究和理解电离层和等离子体层耦合过程，为建立动态电离层-等离子体层耦合模式奠定重要基础。

亚极光区域是电离层和等离子体层耦合的重要区域。在亚极光区域存在粒子沉降的赤道边界、亚极光离子漂移、中纬电离层密度槽和等离子体层顶等重要边界结构。这些边界之间的相互关系对电离层和等离子体层耦合具有重要影响。本项目利用大量卫星观测数据，研究磁暴和亚暴期间，亚极光区，也是等离子体层和环电流/等离子体片相互作用的区域的耦合特征，并获得了一系列重要发现。主要成果包括：（1）利用大量等离子体层顶穿越数据，采用后向传输神经网络方法构建了太阳风直接驱动的三维等离子体层顶模型；（2）发现磁暴和亚暴期间SAPS的演化模式存在明显的差异性，表征了磁暴和亚暴期间太阳风能量与环电流能量注入的差异性；（2）发现了强磁暴期间SAPS的震荡演化特征，并从等离子体不稳定性机制提出了解释；（4）发现等离子体层顶表面波证据，并证明等离子体层顶表面波引发的一系列波动导致了极光卵赤道边界的锯齿状极光。本研究揭示了磁层-电离层耦合中的重要现象和规律，为进一步深入研究空间环境变化奠定了重要基础。项目按计划完成了研究内容，实现了预期目标，共计发表学术论文11篇，包括1篇Nature Communications，2篇《Geophysical Research Letters》，6篇《Journal of Geophysical Research: Space Physics》，1篇《Space Weather》，1篇《Science China: Technological Sciences》。