空间中心等科研人员在日侧磁重联的极区电离层共轭响应研究方面取得进展

日侧磁层顶磁场重联是太阳风能量、质量和动量向地球空间输运的主要途径之一，是太阳风-磁层-电离层耦合系统中的核心等离子体物理过程，与地磁暴、亚暴等地磁活动密切相关。该磁场重联过程形成太阳风能量和粒子进入地球空间的通道，在极区高层大气形成极光等、驱动大尺度磁层对流（Dungey循环）。

该磁场重联具有间歇性、局部性的特征，会产生通量传输事件，学界已探明···········该类事件可引发多种电离层响应，例如极向运动极光结构、极向运动雷达极光结构、极向运动等离子体浓度增强以及脉冲式电离层流等。理论预言，该重联过程会在地球南北极电离层会产生共轭响应，但鲜有完整的观测证实和案例支撑。

中国科学院国家空间科学中心太阳活动与空间天气全国重点实验室张清和研究员（通讯作者）团队张端特别研究助理（第一作者）等，结合南北半球的SuperDARN雷达与欧洲非相干散射雷达共轭观测数据，研究了2004年2月11日11:30-13:00UT期间，南向行星际磁场（IMF）条件下，日侧磁重联引发的两个半球极区电离层的响应。观测发现南北半球极区电离层对日侧磁层顶磁重联的响应信号（极向运动雷达极光结构、极向运动等离子体浓度增强）存在一一对应关系，在南北半球均引起了极区电离层区域对流增强和跨极盖电势差的升高，这直接证实了磁重联驱动的等离子体对流和引起粒子沉降可直接在南北半球极区电离层产生共轭响应（如图1所示）。然而，该共轭响应也存在明显的南北半球不对称性特征，在夏季半球（南半球）中，新形成的开放磁力线管向极盖区移动的速度比冬季半球更快（如图2所示）。这种半球不对称性可能由多重因素共同造成，包括南北极极区电离层电导率的季节差异、南北半球磁重联扭结程度差异等。

上述研究成果以“Conjugate ionospheric response to dayside reconnection in both hemispheres”为题发表在Journal of Geophysical Research: Space Physics上。合作团队还包括山东大学、挪威卑尔根大学、英国雷丁大学的研究人员。该成果得到国家重点研发计划、国家自然科学基金项目、子午工程等的共同支持。

图1. (a-b)北半球Hankasalmi雷达、南半球Kerguelen雷达的后向散射功率观测结果；(c-d)两台雷达对应的视线多普勒速度观测。黑色实线标记出了极向运动雷达极光运动结构事件；(e)由SuperDARN速度观测计算得到的跨极盖电势，紫色虚线标注极向运动雷达极光结构事件大致起始时刻；(f) EISCAT甚高频雷达测得的电子密度。

图2. 基于SuperDARN雷达数据绘制的11:30–13:00UT南北半球电离层对流线与等离子体流速矢量序列图。黑色实线为Heppner-Maynard 边界。

相关论文链接：

Zhang, D., Zhang, Q.‐H., Oksavik, K., Lockwood, M., Zhao, J.‐C., Zhang, J.‐J., et al. (2026). Conjugate ionospheric response to dayside reconnection in both hemispheres. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 131, e2026JA035425. https://doi.org/10.1029/2026JA035425

Zhang, Q.-H., Zhang, B.-C., Liu, R.-Y., Dunlop, M. W., Lockwood, M., Moen, J., et al. (2011). On the importance of IMF |BY| in polar cap patch formation. Journal of Geophysical Research, 116(A5), A05308. https://doi.org/10.1029/2010JA016287

Zhang, Q.-H., Dunlop, M. W., Liu, R.-Y., Yang, H.-G., Hu, H.-Q., Zhang, B.-C., et al. (2011). Coordinated Cluster/Double Star and ground-based observations of dayside reconnection signatures on 11 February 2004. Ann. Geophys., 29, 1827–1847, https://doi.org/10.5194/angeo-29-1827-2011

（供稿：天气室）