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南美实验室研究人员揭示磁暴期间南美磁异常区F层响应机制

2021年01月25日 星期一 09:49:50

中心位于巴西境内的南美磁异常区(SAMA)是地磁场总强度全球最小的扇区。该地区的高能粒子能量显著增加会对卫星、飞行器等运行,以及宇航员活动等产生影响。尤其在磁暴期间,中低纬度地区电离层等离子体密度会产生强烈扰动,将给航天、导航、通信等带来严重影响。

南美实验室博士后Juliano Moro与实验室徐寄遥研究员等利用位于SAMA腹地的、南美实验室圣玛利亚数字测高仪数据,分析磁暴期间巴西上空电离层的响应,并与美洲地区同类数据进行比较。重点分析了2018年8月25-29日磁暴事件,该磁暴事件由于包含两次行星际日冕物质抛射和一次高速太阳风(HSS),表现得异常的复杂。主要比较了F2层的临界频率(foF2)及其峰值高度(hmF2),两者的偏差用于量化电离层暴效应。结果显示,在主相阶段(8月25日至26日)观察到不同的F区域响应,这归因于电离层的行进扰动和夜间向东电场的扰动。结合物理机制分析,在早期恢复阶段(RP,8月26日),南美地区和北美地区的F区响应变得高度不对称,是由于热层成分的变化和快速的电动力学机制引起的。从8月27日至29日持续观测到的热层[O]/[N2]比值持续升高,以及HSS和IMF Bz涨落引起的太阳风速增加是导致电离层变化的主要原因。在RP期间,电离层最强烈的正电离层暴发生在圣玛利亚上空(~120%)。

该研究成果发表在Journal of Geophysical Research: Space Physics期刊上。

文章链接:Moro, J., Xu, J., Denardini, C. M., Resende, L. C. A., Neto, P. F. B., Da Silva, L. A., et al. (2021). First look at a geomagnetic storm with Santa Maria Digisonde data: F region responses and comparisons over the American sector. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 126, e2020JA028663. https://doi.org/10.1029/2020JA028663 .



图1 2018年8月25-29日与平静期的foF2 数值在不同台站之间的比较 (a) Millstone Hill (b) Ramey (c) Sāo Luís (d) Cachoeira Paulista (e) Santa Maria

 

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