2020年4月20日磁暴恢复相期间舌状中性结构的垂直变化

作     者：于婷婷 任志鹏 蔡旭光 李韶阳 YU TingTing;REN ZhiPeng;CAI XuGuang;LI ShaoYang

作者机构：中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理重点实验室北京100029 北京空间环境国家野外科学观测研究站北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 科罗拉多大学博尔德分校大气与空间物理实验室博尔德80304 

出 版 物：《地球物理学报》 (Chinese Journal of Geophysics)

年 卷 期：2023年第66卷第11期

页      面：4437-4450页

核心收录：

学科分类：070802[理学-空间物理学] 07[理学] 0708[理学-地球物理学] 

基　　金：国家重点研发计划(2022YFF0503901) 中国科学院B类战略重点项目(41000000) 中国科学院战略重点研究项目(XDA17010201,XDA17010404) 中国民用航空航天技术预研项目(D020105) 国家科学基金项目(41874179,42104009,42304178) 大型科研基础设施开放项目"基于中国子午线项目的低中纬度大气与电离层相互作用研究",中国科学院重点部署项目(ZDRE-KT-2021-3) 中国博士后科学基金项目(2021M703192)联合资助 

主　　题：舌状中性结构 O/N2 磁暴 极向风 

摘      要：在发生于2020年4月20日的地磁暴恢复相阶段,GOLD(Global-scale Observations of the Limb and Disk)成像仪在第112天(day of year,DOY 112)中低纬地区观测到氧原子(O)和氮气分子(N_(2))的柱密度比(ΣO/N_(2))的舌状中性结构(TON).TON结构一般指发生于中高纬且形成于两个ΣO/N_(2)暴时衰减结构之间的ΣO/N_(2)增强结构.热层-电离层电动力学大气环流模式(Thermosphere-Ionosphere-Electrodynamics General Circulation Model,TIEGCM)定性地模拟再现了在本次磁暴恢复相期间观测到的ΣO/N_(2)增强结构,并且发现这个结构在前一天(DOY 111)当地下午形成,通过中性风的输运被逐渐耗散.模拟结果呈现了不同高度O/N_(2)的TON结构的垂直变化,其强度和纬度范围有明显的高度依赖性,并且随磁暴演化不断变化.诊断分析表明:下沉流(downwelling)驱动的垂直输运首先导致较低纬(约30°N—70°N)O/N_(2)的增强,然后通过极向风驱动的水平输运将其向更高纬地区输运.在中低热层(约120~300 km高度),主导O/N_(2)的TON结构演化的中低纬极向风主要是由气压梯度力导致的,同时科里奥利力对极向风也有一定的正贡献.而在约300 km高度以上的高热层,极向风主要由气压梯度力和与其作用相反的垂直黏性力两项控制.