南大西洋異常區(qū)(South Atlantic Anomaly-SAA)是指位于南美洲東側(cè)的南大西洋地磁異常區(qū)域，其緯向區(qū)域范圍為10°N～60°S、經(jīng)向區(qū)域范圍為20°E～100°W，中心區(qū)域約在（45°W，30°S）處。與鄰近區(qū)域相比，南大西洋異常區(qū)的磁場(chǎng)強(qiáng)度約為同緯度區(qū)域的一半，是目前地球上面積最大的磁異常區(qū)。受磁異常的影響，來(lái)自太陽(yáng)風(fēng)的能量粒子以及宇宙線可以直接侵入高層大氣，通過(guò)日地能量耦合動(dòng)力學(xué)過(guò)程沿磁力線直接映射到電離層，引起眾多的電離層不規(guī)則體結(jié)構(gòu)。

　　電離層是地球大氣層被太陽(yáng)電離的部分。電離層中等離子體的產(chǎn)生、演化以及能量傳輸?shù)扰c能量源頭太陽(yáng)、上部的磁層和底部的中低層大氣息息相關(guān)。南大西洋磁異常區(qū)使得高能帶電粒子的空間分布環(huán)境發(fā)生變化，導(dǎo)致電離層閃爍高發(fā)，從而對(duì)人類(lèi)無(wú)線電波通信、導(dǎo)航等高科技領(lǐng)域都將產(chǎn)生很大的影響，因此探究南大西洋異常區(qū)的電離層特性對(duì)于空間天氣的研究具有非常重要的意義。

　　中科院南美空間天氣實(shí)驗(yàn)室/中巴空間天氣聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室（南美實(shí)驗(yàn)室）博士后尤里阿諾.莫羅（Juliano Moro）、中方指導(dǎo)教授空間天氣學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室徐寄遙研究員、王赤院士等科研人員，聯(lián)合巴西國(guó)家空間研究院克萊齊奧（Clezio Denardini）等，首次利用南美實(shí)驗(yàn)室圣瑪利亞臺(tái)站（53.7°W，29.7°S）和中國(guó)子午工程武漢臺(tái)站（114.4°E，30.5°N）數(shù)字測(cè)高儀數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，給出了南大西洋異常區(qū)電離層特性。圣瑪利亞正好位于南大西洋異常區(qū)中心區(qū)域附近，該地區(qū)電離層擾動(dòng)變化能很好的反應(yīng)南大西洋異常區(qū)的變化特征，巴西地區(qū)的地磁偏角很大，導(dǎo)致其所處的電離層“駝峰區(qū)”異常，而與圣瑪利亞?wèn)|西、南北共軛對(duì)稱(chēng)的中國(guó)武漢地區(qū)電離層不受南大西洋異常區(qū)的影響，可針對(duì)異常區(qū)導(dǎo)致的電離層特性異同進(jìn)行交叉對(duì)比研究。通過(guò)對(duì)比分析同一太陽(yáng)活動(dòng)極小期的兩地電離層變化，從而給出南大西洋異常區(qū)對(duì)電離層的影響及其變化特征。

　　圖一：全球部分電離層數(shù)字測(cè)高儀站點(diǎn)分布圖（圖中紅五星標(biāo)注的臺(tái)站位置分別為巴西圣瑪利亞站和中國(guó)武漢站）

　　研究選取了處于太陽(yáng)活動(dòng)極小期的2017年9月1日至2018年8月30日的探測(cè)數(shù)據(jù)，分別對(duì)巴西圣瑪利亞和中國(guó)武漢兩個(gè)地區(qū)電離層F2層臨界頻率（foF2）、峰高（hmF2）、厚度參數(shù)(B0)、E區(qū)臨界頻率（foE）等參數(shù)進(jìn)行了研究分析。研究表明，圣瑪利亞地區(qū)電離層各參數(shù)均呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)特征、晝夜變化和逐日變化特征。例如圖2中（a）和（e）顯示，F(xiàn)2層臨界頻率表現(xiàn)出顯著的晝夜變化，這一變化趨勢(shì)是由于地球自轉(zhuǎn)、太陽(yáng)輻射引起的中性大氣光電離過(guò)程變化導(dǎo)致的。在所有季節(jié)中，均觀測(cè)到日出后F2層臨近頻率增加，在當(dāng)天下午達(dá)到峰值后一直下降直至日出的特征。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是由于缺乏太陽(yáng)照射，而中性大氣密度不斷增加和化學(xué)反應(yīng)不斷損失導(dǎo)致的。

　　圖二：巴西圣瑪利亞地區(qū)電離層參數(shù)日間和季節(jié)性變化。其中(a)～(d)分別是圣瑪利亞臺(tái)站數(shù)字測(cè)高儀foF2，foE，hmF2和B0等參數(shù)單日疊加圖；(e)～(h)分別是十二月份（紅），三月份（綠），六月份（黑）和九月份（藍(lán)）的foF2，foE，hmF2和B0參數(shù)月平均值

　　為更進(jìn)一步探討地磁活動(dòng)對(duì)電離層變化的影響，研究團(tuán)隊(duì)選取2017年9月7日和2018年8月26日兩次磁暴事件，對(duì)磁暴期間和平靜期的變異系數(shù)（CV）進(jìn)行研究，并對(duì)巴西圣瑪利亞和中國(guó)武漢兩個(gè)地區(qū)同一事件期的電離層數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。分析對(duì)比發(fā)現(xiàn)，武漢地區(qū)在磁暴期間的CV增強(qiáng)結(jié)果與圣瑪利亞地區(qū)相同；不盡相同的是圣瑪利亞地區(qū)在磁暴期間的變異性高于武漢地區(qū)。導(dǎo)致兩個(gè)地區(qū)變異性差異的原因是由于圣瑪利亞處于南美地磁異常區(qū)使得該地區(qū)的電離成分增加，高能粒子被俘獲并沿方位角漂移到更低高度的大氣并在半球之間反彈造成的。

　　圖三：2017年9月地磁風(fēng)暴干擾劇烈活動(dòng)期（紅）和平靜期（黑），巴西圣瑪利亞地區(qū)和中國(guó)武漢地區(qū)的foF2，foE，hmF2和B0參數(shù)的評(píng)估變化系數(shù)（CV）

　　變異系數(shù)（CV）被用作定量描述電離層隨時(shí)間和季節(jié)變化的各參數(shù)的指標(biāo)，地磁干擾活動(dòng)對(duì)于變異系數(shù)結(jié)果有著直接的影響，此研究分析的特點(diǎn)正是選擇了太陽(yáng)活動(dòng)和地磁活動(dòng)低年的數(shù)據(jù)對(duì)擾動(dòng)源進(jìn)行分析研究，這也是此研究的優(yōu)勢(shì)與亮點(diǎn)之一。研究結(jié)果清楚表明，除了磁平靜時(shí)期的氣象因素，地磁干擾是南美地磁異常區(qū)圣瑪利亞上空電離層變化的另一重要因素。

　　此研究論文已發(fā)表于Journal of Geophysical Research: Space Physics，位列該期刊2018-2019年下載量排行榜前百分之十。

　　文章鏈接 

　　Citation：

　　Moro, J., Xu, J., Denardini, C. M.,Resende, L. C. A., Silva, R. P., Liu, Z.,et al. (2019). On the sources of the ionospheric variability in the South American Magnetic Anomaly during solar minimum. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 124.

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