午后多重极光弧观测研究

本文利用2001-2003年南极中山站175天全天空摄像机观测,对午后多重极光弧的出现率及其与Kp指数的关系进行了统计分析,结果表明午后多重极光弧出现率呈一单峰分布,最大发生率出现在1445UT(1645MLT),其位置在1500MLT极光热点(1300-1700MLT)近夜侧的部分。与地磁活动指数Kp的相关统计分析表明,Kp值为2-3之间时多重极光弧有较大的出现率,这说明中等地磁活动情形下午后多重极光弧有较高的出现率。事件分析表明多重极光弧的强度变化与地磁Pc5脉动具有较高的相关性,并且有类似的频谱特征,这说明午后多重极光弧可能与同时出现的Pc5地磁脉动有关。     

基于北极黄河站观测的日侧极光研究新进展

回顾了基于中国黄河站全天空极光观测对日侧弥散极光与喉区极光研究的最新进展。首先,利用黄河站极光观测,对日侧弥散极光展开系统性分类与统计研究,对这一重要空间物理现象取得新认识,指出日侧弥散极光对研究日侧外磁层冷等离子体的分布、形成及磁鞘粒子进入磁层都具有重要启示作用;同时发现并定义了一种新型分立极光结构——喉区极光,并推断其可能对应磁层顶的局地变形。喉区极光是指发生在电离层对流喉区附近、从极光卵赤道侧向低纬方向延伸出来的分立极光结构。全天空极光观测表明喉区极光走向大致与电离层对流方向一致。之后,观测验证了喉区极光对应磁层顶局地内陷式变形的推测;统计发现喉区极光是一种非常高发的现象,对应的磁层顶变形尺度可达2—3 Re,并指出这种变形最可能由磁鞘高速流冲击磁层顶产生;发现在喉区极光产生过程中还可能触发磁重联;证实伴随喉区极光的产生,磁鞘粒子会进入磁层并诱发产生一种新型弥散极光。通过喉区极光研究,可以将已有的磁鞘瞬态过程研究和触发式磁重联研究有机地结合在一起,对太阳风-磁层耦合过程形成一种新的认识,即:在磁鞘中局地产生(而不是存在于太阳风中)的瞬态过程可以在日下点附近频繁地导致磁层顶局地变形、触发重联、引发系列地球空间效应,可能对太阳风-磁层耦合具有不可忽略的重要性。以此为基础,讨论了日侧极光研究引出的新课题。     

不同行星际磁场条件下极向运动极光结构的多手段联合观测

本文利用北极黄河站三波段全天空成像仪（ASI）的高分辨率的地面极光观测数据,联合欧洲非相干散射雷达（EISCAT）Svalbard雷达（ESR）,超级双子极光雷达网（SuperDARN）雷达等观测,研究了发生在2003年12月22日0900-1010 UT时间段内极区电离层极光和等离子体的变化特征。研究发现在不同行星际磁场（IMF）条件下,黄河站极光ASI均观测到了一系列极向运动极光结构（PMAFs）,其特征为极光在赤道向一侧点亮后向高纬扩展。这些PMAFs都伴随有明显的粒子沉降特征,且在IMF北向时该粒子沉降能达到更低的电离层E层区域,而此时这些PMAFs相应位置的高纬电离层出现了一个典型反向对流涡,这是高纬（尾瓣）重联的典型特征之一。这些结果表明北向IMF条件下的这些PMAFs是由高纬重联所产生。在IMF南向时,黄河站观测到的PMAFs可跨越更广的地磁纬度,表明其演化时间亦较长,其相应区域的电离层特征也表明该PMAFs由日侧磁层顶低纬磁重联所产生。     

南极中山站极光形态的统计特征

利用极光全天空摄象机１９９５年和１９９７年在南极中山站观测的极光数据,对中山站上空极光的出现情况进行了统计分析。在南极中山站,午后（磁地方时１４００～１８００ＭＬＴ）和子夜前后（２２００～０３００ＭＬＴ）出现极光的情况比较多,在傍晚（１８００～２２００ＭＬＴ）出现极光的情况要少一些;较强的极光主要也出现在午后和子夜附近。冕状极光主要出现在子夜附近和午后的极向侧和天顶,在傍晚出现很少;带状极光主要出现在午后和赤道侧的傍晚与子夜;极光浪涌主要出现在子夜前后;向日极光弧则主要出现在子夜前后,子夜前比子夜后多,极向和天顶比赤道侧多。除向日极光弧外,其它形态的极光在中山站的出现情况与Ｋｐ指数相关。中山站进入极光带的时间通常在午后,具体时间也与Ｋｐ指数有关     

日侧弥散极光对太阳风动压增强的响应

太阳风动压的显著变化能导致沉降进入极区电离层的能量粒子通量以及磁层-电离层电流系发生扰动。磁层高能粒子沉降到极区上层大气并与中性气体碰撞所激发的弥散极光,能够对这种扰动做出相应的响应。基于斯瓦尔巴特（Svalbard）群岛新奥尔松（Ny-?lesund）地区北极黄河站优越的地理优势,我们利用安装在黄河站的极光全天空成像仪观测到了日侧弥散极光对太阳风动压增强的响应。通过2006年1月2日事件观测显示,随着太阳风动压的增强,日侧弥散极光在极光卵赤道向部分首先点亮并逐渐向高纬扩展,同时地磁环境也受到相应扰动影响。我们认为,随着太阳风动压的增强,日侧磁层顶受到压缩,磁层内波粒相互作用导致投掷角散射增强,使得沉降进入极光卵赤道侧电离层的高能粒子数密度增大,进而导致日侧弥散极光强度增强。     

极光吸收的日变化与季变化

麦阔里岛和戴维斯站分别位于极光带中心和极光带极向边缘区内.这两处的极光吸收次数在晚间多些,其中突然性吸收主要出现在午夜(当地地磁时间)前,缓变性吸收在午夜后.极光吸收与太阳的活动性密切相关.太阳风高能粒子主要沉降在极光中心带磁午夜区,然后向东西与南北方向扩散,以向西的电射流为主,向东的为辅.但向西的弱些、速度慢些;向东的强些、速度快些.太阳活动增强后,尤其是强的X耀斑事件后,向西的电射流增多增强.另外,在较高磁纬地区的戴维斯站,冬季时极光吸收增多增强.但在极光中心区的麦阔里岛观测站,基本上无此种季节效应.这可能是由于冬季(对南半球而言)极光卵向南偏移造成的.     

极尖纬度午后极光嘶声的极大发生率

极尖纬度午后区是一个异常等离子体过程区，已发现该区在低地磁扰动条件下，多种空间物理现象活动强度极大（相对邻区）：强的向上场向电流，向下低能电子流极大，向上离子通量极大，Ｆ层电子密度极大等等。导致该区异常的根本原因尚不清楚。本文利用南极点站（磁纬约７５°）的极光嘶声的电场强度进行统计分析，发现该区３１－３８ｋＨｚ波段极光嘶声的发生率极大。本文还分析了该区极光嘶声发生率与地磁活动指数Ａｐ的关系，结果表明，它们之间有明显的相关关系。     

紫外极光图像极光卵提取方法及其评估

有效确定极光卵边界对于研究太阳风-磁层能量耦合过程是非常重要的.本文提出一种新的星载紫外极光图像极光卵边界的提取方法.该方法利用一种基于模糊局部信息C均值聚类方法,对紫外极光图像进行分割,并根据极光卵的环状特性,提取较完整的极光卵极向/赤道向边界.结合DMSP卫星沉降粒子观测数据,分别构建了极向边界和赤道向边界数据库,...     

基于聚类的极光形态分类的探索性研究

极光形态为研究日地物理过程提供了显著、直观和具有可识别性的特征。合理分类对研究各类极光现象与磁层动力学过程之间的关系尤为重要。极光形态分类机制的选择问题是极光有监督分类研究被主要诟病的问题之一。有监督分类实验中人工标记的工作量非常浩大,而且不能保证标记的准确性。更重要的是,高分类正确率只能说明自动分类符合人的认识,有监督分类结果无法验证分类机制的正确性。现有的分类机制是否为极光数据空间的真实划分,是否存在更为合理的分类机制都是我们应该探讨的问题。针对该问题,基于已有的全天空极光图像表征方法,引入聚类算法探究极光特征空间的结构,利用了9种聚类有效性函数选择适合极光数据的聚类个数。实验结果表明,对于从2003—2004年北极黄河站观测的全天空极光数据中随机选取的6 000幅极光图像,两类和四类的划分方式最为合适。两类的划分可以看作是分离度较好的极光类型,并且根据两类分布曲线呈现午前-午后双峰的分布特点,这一类极光可能是弧状极光。对于四类的情况,虽然通过肉眼观察无法用一幅典型的极光图像代表每一类,但是这些由聚类得出的极光类型具有各自的时间分布特点,这一结果从无监督的角度证明了极光类型在形态上是可分的。     

基于卷积神经网络的极光图像分类

极光是由带电粒子经磁层—电离层碰撞大气而产生的。面对形态各异、演变过程复杂的极光图像,对其合理分类为进一步探究日地电磁活动和能量耦合等空间物理问题奠定了基础。针对该问题,引入深度学习的方法,通过卷积神经网络模型自主表征极光特征并实现极光图像分类。该方法对2003年北极黄河站越冬观测的38 044幅和8 001幅典型极光图像分类正确率达93.17%和91.5%;自动识别2004—2009年观测数据的极光形态,4类极光时间分布规律与三波段激发谱能量分布基本一致。实验结果表明,基于卷积神经网络的极光表征方法,能有效实现极光图像的自动分类。     

东南极内陆地区和乌鲁木齐河源1号冰川表层雪内NO^—3沉积后过程差异

酸性气体成分（如ＮＯ－３）的强挥发性导致其在雪面沉降后,具有沉积后气／雪交换作用,即其在表层雪内是“可逆”沉降的。通过比较东南极内陆雪坑的ＮＯ－３剖面和乌鲁木齐河源１号冰川表层雪内ＮＯ－３的浓度变化,认为沉积后气／雪交换作用在东南极内陆较显著,而在乌鲁木齐河源１号冰川则不然。表层雪内ＮＯ－３存在方式的不同和沉降机制的差异应是导致两地ＮＯ－３沉积后过程差异的原因所在。     

The auroral occurrence over Zhongshan Station, Antarctica

The auroral data observed by all sky TV camera during 1995 and 1997 at Zhongshan Station of Antarctica are used to analyze the statistic characteristics of the aurora over Zhongshan Station. Around postnoon (1200 - 1600UT ) and midnight (2000 - 0100 UT ), the aurora appears more frequently and stronger than those in evening (1600- 2000UT ). The corona type auroras mainly occur at poleward and overhead of Zhongshan Station during postnoon and around midnight. The hand type auroras mainly appear during postnoon. while during evening and around midnight only appear at equatorward. The active surges mostly appear around midnight,while the transpolar arcs mainly occur after midnight. Except for the transpolar arcs. the occurrences of the other three type auroras are related with Kp index. Usually Zhongshan Station enters the auroral oval at postnoon,the exact time depends on Kp index.     

南极中山站极光与地磁场扰动关系的分析

通过观测的极光与地磁扰动之间关系的分析,初步得出了南极中山站夜间（１１～２４ＵＴ左右）强、中、弱极光出现的频次在时间上的分布规律与地磁场扰动的关系,弱极光１０时开始出现, １５时左右频次达到高峰;中等极光１１时开始,１２到１９时出现的频次平稳, ２１到２２时频次达到高峰;强极光１６时开始, ２０到２１时极光频次达到高峰。各类极光出现的频次在时间上的分布与其所对应的地磁场扰动基本上是一致的,弱极光伴随着地磁场扰动幅度小;强极光伴随着地磁场扰动幅度大。极光的开始时间和地磁场扰动的时间不完全对应,这与极光的变化状态有关,这种变化状态受复杂的空间物理过程控制。