高纬电离层电动力学 共旋电场 在相对太阳静止的参考系中测量到的电场为 其中 为地球自旋的角速度 每小时15度 物理含义 由于大气的粘制作用 位于底部的等离子体 将与地球一起转动 根据磁冻结原理 地球磁场的磁 力线又将带动上层等离子体与地球共转 将受到洛仑 兹力 的作用 产生电荷分离 在等离子 体内形成极化电场 这个极化电场就是共旋电场 共旋电场的作用使得等离子体的漂移速度和地球的旋转速度一致 对流电场 共旋电场 旋转效应使对 流图发生畸变 计入共转效 应后 两个对 流单元是不同 的 黄昏侧 回流和共转作 用在相反的方 向 因此黄昏 对流单元有显 著的畸变 南向IMF 高纬F层等离子体对流示例 每一条流线都是等势线 图中虚线为极盖 即中心位于离磁极午夜一侧约5 半径约15 的园 a 未考虑共旋电场 b 考虑共旋电场 昼侧高纬电离层对流图像的示意图 可以看出当Bz为南向时 对流图像对行星际磁场y分量的依赖 夜侧高纬电离层对流图样的示意图 可以看出存在各种变化 观测到图a和d的对流图样更频繁 当IMF有北向分量时昼侧对流几何构形 的主要特征 最显著的特征是有四个对流单元 对流图样对By的依赖导致一个为 主的高纬单元和三单元化的图样同时出现 来自经验对流模式的 电势等值线图 磁层电场或等离子体对 流的经验模式基于大量 卫星测量数据构造 模式可以得到对所有的 IMF By Bz 组合和不同 IMF大小范围内的电场图 像 上图是对IMF大于 7 25nT的情况得到 同 时不包括共转 电离层和磁层电流之间可能的耦合 当Chatanika非相干散射雷达位于极光卵内时测量的电子密度 两次高度 纬度扫描分开大约10min 注意电子密度特别是在低电离层中的迅速增强 极 光 v磁尾的高能粒子 主要是电子 沉降到极区 电离层高度 撞击中性大气 使其产生受激 辐射而发光 极光一般发生在极区100 400 公里高度 经常出现产生极光的区域形成一 个环状的带 称为极光椭圆带 大约在地磁 纬度67 77度 但在强磁暴时也可能在低纬 看到 极光研究的历史 可见极光示例 极光椭圆 极光卵 复习题 1 试从太阳风 磁层 电离层系统耦合的角度综合阐述高纬电离 层电场及其起源 2 试说明在高纬电离层中电场与电流的一般关系 3 试说明南向IMF期间电离层对流图像的主要特征及其与IMF的 联系 4 试说明高纬电离层场向电流的主要特征及其在太阳风 磁层 电离层系统耦合中所起的作用 5 分析影响极区电离层F层等离子体运动的各种因素及其相对重 要性