摘要：受太阳辐射、地磁活动以及中性大气等多种因素相互作用，电离层变化特征较为复杂。其中一种变化现象，通常称之为半年异常现象，指的就是电离层F2层的最大电子密度（NmF2）在春季和秋季时出现显著的增高；而相比之下，夏季和冬季的电子密度较低。由于该现象对无线电通信、卫星

受太阳辐射、地磁活动以及中性大气等多种因素相互作用，电离层变化特征较为复杂。其中一种变化现象，通常称之为半年异常现象，指的就是电离层F2层的最大电子密度（NmF2）在春季和秋季时出现显著的增高；而相比之下，夏季和冬季的电子密度较低。由于该现象对无线电通信、卫星导航等系统有重要影响，因此是空间天气和电离层研究的重要课题之一。过去几十年，研究者们已针对中低纬度的电离层半年异常现象进行了大量的分析研究，但对于高纬地区尤其是南极地区虽有观测证据，但对其形成机制的理解仍不完善。

图1 中山站2014年不同季节实测(a)和模拟(b)得到的电离层NmF2日变化

利用美国国家大气研究中心（NCAR）的热层-电离层-电动力学环流模型（TIEGCM），对南极中山站区域的电离层半年异常现象进行数值模拟。基于2014年南半球夏至（12月22日）和秋分（3月21日）期间，中山站上空电离层NmF2日变化观测与模拟结果（图1），中山站的NmF2日变化峰值在春秋分季时显著高于夏季。模拟结果（图1b）显示，极区对流电场的存在增加了中山站NmF2半年变化的幅度。

图2 在磁纬（MLAT）-磁地方时（MLT）坐标系中TIEGCM模拟得到的2014年3月21日和12月22日的特定时间（01 UT、07 UT、08 UT和22 UT）的南半球NmF2分布

使用TIEGCM模拟得到的2014年3月21日和12月22日两日南半球电离层的NmF2分布（图2）同样表明，日间的NmF2峰值主要受高纬对流电场驱动。秋季（3月21日）日间峰值主要源于对流输运形成的“电离舌”结构。而在夏季（12月22日），更低纬度的电离源区存在的低密度结构减弱了日变化峰值。模拟研究结果表明，南极中山站的半年异常现象是极区对流输运作用和中低纬中性成分半年变化共同作用的结果。模拟结果有效的解释了观测现象，并为我们理解极区电离层变化特征提供了重要的理论依据。

该研究由中国极地研究中心（中国极地研究所）（以下简称“极地中心”）极地大气与空间物理团队与山东大学空间科学研究院等单位合作开展，研究结果发表在地球物理国际主流期刊Journal of Geophysical Research: Space Physics上。论文第一作者为极地中心与山东大学联合培养博士生张青羽，通讯作者为其极地中心导师张北辰研究员，其他合作者分别来自于极地中心极地大气与空间物理学研究团队、山东大学空间科学研究院研究团队、中国科学院国家空间科学中心等单位。本研究得到了国家自然科学基金重点项目(项目号： 42130210，42120104003，42204164，42474219，42441828)的共同资助。

来源：寂寞的咖啡