极区-中纬度地区中间层大气密度对磁暴响应的研究新进展

太阳活动对地球大气存在重要影响，其中磁暴是由太阳活动引发的太阳风携带着大量高能粒子进入地球大气，使得地球磁层-电离层-热层产生一系列剧烈扰动的空间天气现象。磁暴期间，部分高能粒子可以沉降至高度更低的地球中间层区域，使得以碰撞为主的中间层中性大气中的大气成分（如臭氧）发生明显变化，但是对中性大气的影响还不太清楚。此前，研究普遍认为中间层大气主要受低层上传波动所控制，如大气潮汐、重力波和行星波等，且在不同纬度和不同季节存在不同波动特征。

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 教授团队合作研究报道了磁暴期间，极区中间层大气与高层大气耦合的新现象。该研究成果以 “High- and Middle-Latitude Neutral Mesospheric Density Response to Geomagnetic Storms” 为题在线发表于国际顶级地球物理期刊《Geophysical Research Letters》(GRL, DOI: 10.1002/2017GL076282)。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。

该研究利用了中高纬度分布的流星雷达系统，反演了2004-2016年的中间层中性大气密度。事例分析发现，在强磁暴期间南北极中间层大气密度存在明显的下降，且两极地区的中间层大气密度存在相似的变化特征，如图1所示；表明该影响源自于地球高层大气活动，而非低层大气扰动。通过选取强磁暴事件，对极区-中纬度中间层顶大气密度作叠加统计发现；磁暴期间，极区中间层大气出现明显的下降（超过10%），且可以延伸至极区外的中纬度地区，如图2所示。

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/10.1002/2017GL076282/full

图1. 极区-中纬度中间层大气密度在2015年3月17日和6月23日磁暴事件期间的相对变化

图2. 极区-中纬度中间层大气密度在强磁暴期间的叠加统计分析结果，以及与地磁Dst指数和AE指数之间的关系