（一）極區(qū)電離層等離子體云塊及其影響
等離子體是由分離的離子和電子組成的一種物質(zhì)。它廣泛存在于字宙中，常被視為物質(zhì)的第四態(tài)。等高子體具有很高的電導(dǎo)率,與電磁場存在極強(qiáng)的耦合作用。
太陽風(fēng)是從太陽上層大氣噴射出的超高速等離子體流,它攜帶能量巨大的帶電粒子流，不斷撞擊著包括地球在內(nèi)的大陽系所有行星的大氣層。而地球等行星具有的全球性磁場可以有效地阻擋和偏轉(zhuǎn)大多數(shù)太陽風(fēng)的帶電粒子,防止它們與地球等行星大氣層進(jìn)一步發(fā)生直接相互作用。然而,地球磁力線在兩極地區(qū)高度匯聚并幾近垂直向太空開放,太陽風(fēng)攜帶的高能粒子能直接“撞”進(jìn)兩極的大氣層,形成極光。
較之地球其他地區(qū),極區(qū)電離層等離子體的運(yùn)動和演化過程極為復(fù)雜,并伴隨著眾多不均勻體結(jié)構(gòu)的形成,其中等高子體云塊最為常見。
極區(qū)電離層等離子體云塊的形成和演化常常引起極端空間天氣環(huán)境,給人類的通信、導(dǎo)航、電力設(shè)施和航天系統(tǒng)等造成很大的危害。形成和演化中的等離子體云塊與背景等高子體間的密度梯度會對通信和導(dǎo)航信號產(chǎn)生很大的干擾。例如,會使得人類的超視距無線通信和衛(wèi)星-地面間的通信中斷,直接影響近地飛行器(飛機(jī)、宇宙飛船等)和低軌衛(wèi)星等的正常運(yùn)行及其與地面的通信,甚至威脅航天員的生命安全。因此,相關(guān)研究是國際空間天氣學(xué)領(lǐng)域中最重要的課題之一。
（二）--________________________________
地球大氣中的某些成分會因太陽光的照射而被電離，在向陽側(cè)形成密度較高的電離層等離子體。這些等離子體受到地球自轉(zhuǎn)和電離層對流的影響后,部分被“甩”成一個“舌狀”的窄帶,即舌狀電離區(qū)。研究表明,極區(qū)電離層等離子體云塊可能源自舌狀電離區(qū)。
目前,極區(qū)電離層等離子體云塊的形成機(jī)制被歸納為以下三種:
1．地球磁力線分為向陽側(cè)磁力線和背陽側(cè)磁力線兩部分，而南北半球的這兩部分磁力線之間都存在一個漏斗型的區(qū)城,被稱為極隙區(qū),該區(qū)城內(nèi)磁幾乎為零。來自太陽風(fēng)的等離子體能通過極隙區(qū)直接侵入地球極區(qū)大氣層即:極隙區(qū)的對流模式受行星際磁場調(diào)制,導(dǎo)致不同密度的等離子體先后進(jìn)極隙區(qū)而形成等離子體云塊。
2．由新開放磁通管中增強(qiáng)的等離子體復(fù)合，引起爆發(fā)式對流通道中的等離子耗散而形成等離子體云塊。
3．兩條反向磁力線無限接近時分別斷開并“重新聯(lián)接”的物理過程稱為磁重聯(lián)，該過程中伴隨著物質(zhì)間能量的轉(zhuǎn)化和輸運(yùn)。日側(cè)磁重聯(lián)便是太陽風(fēng)能量、動量和質(zhì)量向地球輸運(yùn)的主要途徑之一。脈沖式日側(cè)磁重聯(lián)的發(fā)生，使得開閉磁力線邊界向赤道方向高密度光致電離區(qū)域侵蝕，隨后攜帶高密度等離子體沿極區(qū)電離層對流線向極蓋區(qū)運(yùn)動而形成等離子體云塊。
近年來，歐美科學(xué)家通過研究發(fā)現(xiàn)，上述三種機(jī)制相互關(guān)聯(lián)、彼此依存。然而，由于極區(qū)自然環(huán)境惡劣和觀測的局限性，無法獲得極區(qū)電離層等離子體云塊形成演化的完整、清晰的動態(tài)物理圖像。究竟哪種機(jī)制占主導(dǎo)作用仍不清楚，結(jié)論有待進(jìn)一步證實。
（三）______________________________________________
要研究極區(qū)電離層等離子體云塊的形成和演化特征，必須在極區(qū)電離層進(jìn)行大范圍的連續(xù)觀測。目前，國際上符合此項要求的觀測設(shè)備只有超級雙子極光雷達(dá)網(wǎng)（SuperDARN）和全球定位系統(tǒng)（GPS）地面接收機(jī)網(wǎng)。
超級雙子極光雷達(dá)網(wǎng)由分布在南北半球的31部高頻相干散射雷達(dá)組成，其中北半球22部，南半球9部。在正常工作模式下，每部超級雙子極光雷達(dá)在16個波束方向上連續(xù)掃描，覆蓋約52°方位角的扇形區(qū)域，該區(qū)域離雷達(dá)最遠(yuǎn)距離約3000公里。每部雷達(dá)通過探測電離層中不均勻的散射回波信號并加以分析，能得到電離層不均勻體的回波強(qiáng)度、視線速度等。若兩部雷達(dá)同時從不同的方向?qū)ν粋€小區(qū)域進(jìn)行探測的話，便可根據(jù)該區(qū)域上空雷達(dá)的兩個視線速度向量獲取該區(qū)域上空的速度合向量，該合向量反映的就是該區(qū)域等離子體的對流速度。超級雙子極光雷達(dá)網(wǎng)幾乎覆蓋了南北極整個極區(qū)，且對大部分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了兩部以上雷達(dá)的同時探測，因此可提供極區(qū)全域?qū)α鲾?shù)據(jù)，即可提供極區(qū)電離層等離子體全域?qū)α髑闆r。
而全球?qū)Ш叫l(wèi)星的廣泛應(yīng)用為探測和研究電離層帶來了革命性的變化。眾多導(dǎo)航衛(wèi)星組成GPS，GPS地面接收機(jī)可通過接收GPS信號，利用GPS信號折射效應(yīng)來推導(dǎo)出電離層的電子總含量。GPS地面接收機(jī)也密集覆蓋北半球整個極區(qū)，可獲取電離層全域等離子體的密度分布。
利用國際超級雙子極光雷達(dá)網(wǎng)和全球定位系統(tǒng)地面接收機(jī)的聯(lián)合觀測數(shù)據(jù)，科學(xué)家直接觀測到在2011年9月26日一次強(qiáng)磁暴襲擾地球期間，極區(qū)電離層等離子體云塊的完整演化過程；經(jīng)過進(jìn)一步研究，首次發(fā)現(xiàn)夜側(cè)磁重聯(lián)在等離子體云塊演化過程中扮演重要的角色。

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