研究揭示近20年最強地磁暴對我國電離層的沖擊

中國科學技術大學教授雷久侯團隊聯合中國科學院地質與地球物理研究所研究員樂新安和美國麻省理工Haystack觀象臺研究員張順榮等國內外合作者，利用中國科學技術大學自主構建的北斗同步衛星信標全國電離層綜合觀測網，結合“子午工程”三亞非相干散射雷達觀測與數值模擬，揭示了“2024年5月超級磁暴”期間我國扇區電離層準周期的異常擾動現象及其物理機制。相關研究成果日前發表于《美國地球物理學會進展》。

磁暴是太陽爆發引發的典型空間天氣現象，會導致地球空間環境劇烈的變化，如人類肉眼可見的極光現象，并對航天器飛行、無線電通信導航等產生顯著影響。“2024年5月超級磁暴”是近20年來最強地磁暴，地磁擾動指數低至負400納特，大量太陽風與磁層能量注入地球大氣，引發電離層環境劇烈擾動，在我國北京、漠河等地均觀測到絢麗的極光。

電離層是距地面約80至1000公里高度受太陽輻射部分電離的大氣區域。因此，電離層電子密度/總電子含量隨太陽輻射一般呈現白天高、夜間低的周日變化規律，同時受地磁場影響在中低緯呈現出經典的雙駝峰赤道電離層異常結構。研究團隊利用北斗同步衛星信標全國電離層綜合觀測網，發現“2024年5月超級磁暴”期間我國扇區電離層電子密度/總電子含量出現顯著異常變化：經典雙駝峰赤道電離層異常結構消失，電離層電子密度/總電子含量呈現明顯的準周期波動特征。

研究團隊結合“子午工程”三亞非相干散射雷達觀測與數值模擬，進一步深入揭示了磁暴期間極區能量注入激發的大氣重力波對熱層風場的調制作用，以及其與行星際磁場多次轉向引發的磁層穿透電場、擾動動力學電場的相互作用過程，他們共同作用形成了超級磁暴期間我國扇區電離層特殊異常變化。

研究人員介紹，該研究成果是基于我國自主建設特色地基觀測設備，深入揭示了極端空間天氣事件影響電離層的物理過程，為理解極端空間天氣事件對地球空間環境的影響及提升空間天氣預報精度提供了重要科學依據。

相關論文信息： https://doi.org/10.1029/2024AV001379