1、揭开极区“等离子体云块”的神秘面纱,张清和中国极地研究中心,作者列表：Zhang Qing-He（张清和）*, Bei-Chen Zhang（张北辰）, Michael Lockwood, Hong-Qiao Hu（胡红桥）, Jran Moen, John M. Ruohoniemi, Evan G. Thomas, Shun-Rong Zhang（张顺荣）, Hui-Gen Yang（杨惠根）, Rui-Yuan Liu（刘瑞源）, Kathryn A. McWilliams, Joseph. B. H. Baker 标题：Direct Observations of the Evolut
2、ion of Polar Cap Ionization Patches (极盖区电离化等离子体云块演化过程的直接观测)期刊：Science （科学）发表日期：2013年3月29日,汇报主线,什么是极区“等离子体云块”？为什么要研究极区“等离子体云块”？我们是怎么研究极区“等离子体云块”的？我们的主要科学发现是什么？,背景,太阳“喷射”高能带电粒子地球具有的全球性磁场有效阻挡和偏转了大多数太阳风带电粒子极区是地球开向太空的天然窗口,电离层：801000km高度范围部分电离的大气区域极区电离层自然现象：极光、等离子体云块等。,Moen et al., 2012,太阳照射方向,极光,1、什么是极区电
3、离层“等离子体云块”？,“等离子体云块”是极区高层大气一种常见的物理现象。,极区电离层等离子体云块: 由密度高出背景两倍或两倍以上的等离子体团组成。 尺度: 从几百到几千公里不等,电子密度,De Franceschi et al., 2008,极区“等离子体云块”的形成和演化过程常常引起极端空间天气环境对人类的通讯、导航、电力设施和航空航天系统造成很大的危害，甚至威胁航天员的生命安全,2、为什么要研究极区“等离子体云块”？,资料图片均源自互联网,理论上，极区“等离子体云块”在日侧极光带赤道侧附近产生，并沿极区电离层对流线向极盖区运动，最后从夜侧流出极盖区(静态模型，与实际情况相差甚远)。极区的
4、恶劣自然环境和观测数据的缺乏，“等离子体云块”如何形成和演化，至今远未清楚！,国际上开展了众多的地面多设备联合观测会战、挪威和美国等也制定或完成了一系列的火箭探测计划由于缺乏大范围多点观测，但很多结果仍就是“盲人摸象”，无法给出完整的图像，准确建模十分困难。,挪威探空火箭,太阳照射方向,3、我们是怎么研究极区“等离子体云块”的？,自上世纪九十年代以来，极地中心一直致力于极区电离层和极光研究,南极中山站高频相干散射雷达,雷达视场范围,在南极中山站和北极黄河站建设了多要素高空大气物理地磁共轭观测系统南极中山站成功架设了高频相干散射雷达并加盟超级双子极光雷达网（SuperDARN）国际组织与英国、挪
5、威、美国、加拿大等国的科学家开展了很好的合作,超级双子极光雷达网（SuperDARN）几乎覆盖南北半球整个极区提供极区全域对流数据,GPS 地面接收站网密集的覆盖南北半球整个极区提供电离层全域等离子体密度分布,北半球雷达覆盖区域,GPS 地面接收站,南半球雷达覆盖区域,符合大范围观测需求,研究过程,研究了多年的多手段观测数据，挑选出了200多个灾害性空间天气事件深入分析同时，开展了相应的计算机模拟实验发现一个记录了极区电离层“等离子体云块”的完整演化过程的事件,2011年9月24日发生了一次大型的太阳风暴（日冕物质抛射事件）,两天后，风暴到达地球，将地球磁层压缩到了平时的近一半（5个地球半径左
6、右）,在地球磁层引起了一个很大的磁暴和一些亚暴造成了极为恶劣的空间天气环境,事件背景,首次直接观测到了极区“等离子体云块”的完整演化过程，并发现磁重联对“等离子体云块”的形成和演化过程中的重要调制作用。,完成记录了“等离子体云块”的：产生、进入、跨极盖运动、出极盖区、破碎成等离子体斑块和消失,观测证据,等离子体云块,太阳照射方向,电子含量，颜色越深表示含量越高,电离层对流线,主要科学发现（Science主编总结）：首次直接观测到了极区“等离子体云块”的产生和完整的演化过程发现“夜侧磁重联” 在等离子体云块演化过程中扮演着重要的“开关”角色出极盖区的“等离子体云块”沿着对流线演化（密度逐渐减小），而在日侧磁正午附近形成一个低密度带，该低密度带将对下一个“等离子团体云块”的产生起到很关键的作用（新的产生机制）。,四个匿名审稿人一致认为：这一成果是重大的（major）、新颖的（novel）、原创性的（original）研究，将更新人们对“等离子体云块”的形成和演化的认识。,理论意义和潜在的应用价值,新认识将更新人们对极区“等离子体云块”形成和演化的认识新挑战为极区电离层建模和空间天气预报提供重要物理依据新机遇将为提高和改善通讯、导航精度提供观测和理论支持,谢谢大家！,
