空间中心科研人员利用风云三号卫星电离层气辉观测数据研究午夜电离层四波结构起源取得重要进展

电离层四波经度结构自从发现以来，有大量研究对其进行规律总结和成因解释，目前主流的解释是白天潮汐波DE3和E层发电机相互作用调制“喷泉效应”来解释，但对于午夜时刻点电离层四波结构研究较少。中国科学院国家空间科学中心（以下简称“空间中心”）研制的高灵敏度电离层光度计为子夜时刻电离层探测提供了很好的观测手段和探测数据。

空间中心科研人员对自主研发装载在风云三号D卫星上的电离层光度计（IPM）近5年紫外气辉观测数据进行分析研究，发现春秋分期间，地方时凌晨两点仍存在明显的电离层4波经度结构，其特征与白天的4波经度结构存在差异。结合电离层连接探测器(Ionososphere Connection Explorer，ICON卫星)搭载的全球高分辨率迈克尔逊干涉仪（MIGHTI）的中性风数据,解释了午夜后的电离层四波经度结构起源于东向波数为二的非迁移潮汐（SE2）。

选取地磁平静期数据，将全球网格化成4°×4°网格，并对网格内数据取平均值并平滑处理，获得全球地方时2：00的OI135.6nm气辉辐射强度分布，如图1所示：

图1：2021年9月至11月，OI135.6nm辐射强度全球分布图

对135.6nm气辉强度进行傅里叶级数展开，获得气辉辐射中的1到4波分量振幅，同样方法应用于美国国防气象卫星（Defense Meteorological Satellite Program，DMSP）上紫外光谱成像仪（Special Sensor Ultraviolet Spectrographic Imager，SSUSI载荷）测量得到的地方时20：00的气辉数据，数据比对情况如图2所示，二者存在明显差异。为了解子夜时刻四波结构的成因，研究人员基于ICON MIGHTI中性风数据得到不同地方时的4波分量相位，春秋分时期的累积相位变化如图3所示，结果表明午夜后的电离层四波经度结构起源于东向波数为二的非迁移潮汐（SE2）。 

图2：不同地方时1到4波分量占比情况的季节变化图

图3：2020-2022年春秋分期间，中性风四波分量的相位累积图

该研究得到了国家自然科学基金、科技部重点研发计划等项目的资助，该研究由空间环境探测室博士研究生张斌、付利平研究员等人共同完成，成果已发表在学术期刊JGR: Space Physics上。

文章链接：Zhang, B., Fu, L.*, Mao, T*., Hu, X., Wang, Y., Jiang, F., et al. (2024). Longitude structure of wavenumber 4 of the ionosphere after midnight based on the OI135.6 nm night airglow using FY‐3D ionospheric photometer. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 129, e2024JA032630. https://doi.org/10. 1029/2024JA032630

（供稿：探测室）