实验室博士生朱明惠在模拟离子沉降及其影响上取得重要进展

近日，实验室於益群教授及其博士生（朱明惠，田兴宾）对比研究了场线弯曲（FLC）和电磁离子回旋（EMIC）波对离子沉降和电离层动态的影响。该成果以“On the Ion Precipitation due to Field Line Curvature (FLC) and EMIC Wave Scattering and Their Subsequent Impact on Ionospheric Electrodynamics”为题发表于空间物理学领域的著名期刊《Journal of Geophysical Research: Space Physics》上（图一）。

粒子沉降（包括电子沉降和离子沉降）是地球电离层的重要能量来源之一，对磁层-电离层耦合起着重要的作用，是空间物理学领域的重要研究领域之一。在以往的研究中，FLC和EMIC波都被认为和高能离子沉降有关，但它们对电离层离子沉淀的相对贡献及其后续影响尚不清楚。於益群教授课题组运用耦合了自洽磁场和自洽电场的全球环电流模型（RAM-SCB-E model），从全球离子沉淀分布和由此产生的电离层电导两个方面开展了研究，模拟并对比了FLC和EMIC波对质子沉降和电离层动态的影响。

该研究发现FLC散射一般在L>5的夜侧区域对数十千电子伏特的离子发生作用，对质子沉降的影响主要作用在磁纬度60度附近，且能略微增强夜侧的电导，对对流电势的影响可以忽略不计；而EMIC波散射的作用区域主要分布在昏侧到夜侧区域，被散射离子的能量相对较低，但是作用的磁纬度范围更宽，且能显著增强昏侧到夜侧区域的电导，并使对流电势产生明显变化。此次研究结果表明，由EMIC波引起的离子沉降的强度和覆盖范围都大于由FLC散射引起的离子沉降。本研究工作同时与电子沉降进行了对比。结果表明，整个过程中电子沉降任然占据主导地位，但是质子沉降也不容忽视，尤其是当有EMIC波存在时，质子沉降在昏侧所引起的作用甚至可能超过电子沉降。该研究工作有助于促进研究者对磁层-电离层的耦合过程的进一步理解。

本研究工作受到国家自然科学基金创新群体、面上项目经费的支持。

原文链接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020JA028812