电离层风暴：新研究揭示20年来最强地磁暴对我国电离层环境的冲击

中国科学技术大学雷久侯教授团队联合中国科学院地质与地球物理研究所乐新安研究员和美国麻省理工Haystack观象台张顺荣研究员等国内外合作者，利用中国科学技术大学自主构建的北斗同步卫星信标全国电离层综合观测网，结合“子午工程”三亚非相干散射雷达观测与数值模拟，揭示了“2024年5月超级磁暴”期间我国扇区电离层准周期的异常扰动现象及其物理机制。相关研究成果以“Interplay of Gravity Waves and Disturbance Electric Fields to the Abnormal Ionospheric Variations During the 11 May 2024 Superstorm”为题，发表于地学国际著名学术期刊《AGU Advances》。

磁暴是太阳爆发引发的典型空间天气现象，会导致地球空间环境剧烈的变化，如人类肉眼可见的极光现象，并对航天器飞行、无线电通信导航等产生显著影响。“2024年5月超级磁暴”是近20年来最强地磁暴，地磁扰动指数Dst低至-400 nT以下，大量太阳风与磁层能量注入地球大气，引发电离层环境剧烈扰动，在我国北京、漠河等地均观测到绚丽的极光。

电离层是距地面约80-1000公里高度受太阳辐射部分电离的大气区域。因此，电离层电子密度/总电子含量（TEC）随太阳辐射一般呈现白天高、夜间低的周日变化规律，同时受地磁场影响在中低纬呈现出经典的双驼峰赤道电离层异常（EIA）结构。研究团队利用中国科大自主建设的北斗同步卫星信标全国电离层综合观测网，发现“2024年5月超级磁暴”期间我国扇区电离层TEC出现显著异常变化：经典EIA结构消失，TEC呈现明显的准周期波动特征。

研究团队结合“子午工程”三亚非相干散射雷达观测与数值模拟，进一步深入揭示了磁暴期间极区能量注入激发的大气重力波对热层风场的调制作用，以及其与行星际磁场多次转向引发的磁层穿透电场、扰动动力学电场的相互作用过程，他们共同作用形成了超级磁暴期间我国扇区电离层特殊异常变化。

图.2024年5月11日超级磁暴期间中国科大自主建设的北斗同步卫星信标网观测到东经110°不同纬度的TEC变化和“子午工程”三亚非相干散射雷达反演的经向风场（南向为正）和垂直等离子体漂移（向上为正）变化。

该研究成果基于我国自主观测，深入揭示了极端空间天气事件影响电离层的物理过程，为理解极端空间天气事件对地球空间环境的影响及提升空间天气预报精度提供了重要科学依据。

论文第一作者为中国科学技术大学黄福庆副教授，通讯作者为中国科学技术大学雷久侯教授和中国科学院地质与地球物理研究所乐新安研究员。该成果得到了国家自然科学基金委卓越创新群体（基础科学中心）、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队、中国科学院B类先导专项、国家重点研发计划及中国科大青年创新重点基金等项目资助。

论文链接：

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024AV001379

（地球和空间科学学院、科研部）

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