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中间层大气对地磁活动的响应研究新进展

发布日期: 
2017-08-21

近日,地空学院窦贤康教授团队与澳大利亚阿德莱德大学Iain Reid 教授团队合作研究首次发现了极区中间层大气对太阳风高速流引发的地磁活动存在明显的响应。该研究成果以 “Response of neutral mesospheric density to geomagnetic forcing” 为题发表于国际顶级地球物理期刊《Geophysical Research Letters(GRL, DOI:10.1002/2017GL074813),以及以题为 “First observation of mesosphere response to the solar wind high-speed streams” 发表于《Journal of Geophysical Research: Space Physics(JGR, DOI:10.1002/2017JA024446)。论文的通讯作者同为Iain Reid教授和薛向辉教授,博士生易稳为第一作者。

   地球中间层大气(Mesosphere)是距地球海平面以上约50-100 km的大气,该区域的大气主要成分为中性大气分子,大气分子间的运动以碰撞为主,一般认为不受地球磁场以及地磁活动的直接影响。此外,中间层大气的扰动普遍认为是来自低层大气波动的上传引起,比如大气重力波,行星波以及大气潮汐等。

    图1: 南极地区85-95 km 日测和夜测中性大气密度以及地磁指数Kp的周期谱图

   该研究团队利用澳大利亚南极(Australian Antarctic DivisionDavis 观测站的流星雷达反演了2005-2017年至今(第2324太阳活动周)的中间层大气密度和温度,发现极区中间层大气受到地磁活动调制的明显证据。中间层中性大气密度存在明显的6.75913.5天变化,并且与地磁活动指数Kp有明显的对应(图1)。通过谱分析表明在中间层密度的“类似行星波周期”扰动源来自于地球上层大气,而非低层大气波动的上传,揭示了一种太阳高层大气通过太阳风高速流与地球中层大气耦合的新现象。

    图2:南极地区85-95km 日测和夜测中性大气密度与地磁活动指数Kp的关系

          3: 13.5天带通滤波器后的日测和夜测大气密度与地磁活动指数Kp以极光带电急流指数AE的相关性分析

研究同时发现中间层大气对地磁活动的响应存在明显的负相关,即地磁活动Kp增强时,中间层大气密度降低,反之亦然(图23)。该观测结果不同于热层大气密度与地磁活动存在正相关性,其具体的物理机制仍在进一步研究中。

该研究工作得到了国家自然科学基金、科学院青年创新促进会、国家留学基金委等项目的资助,以及澳大利亚阿德莱德大学、ATRAD大气雷达公司的支持

论文链接:

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2017GL074813/full

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2017JA024446/full