空间中心等科研人员在激波前兆区瞬态结构的空间天气效应研究方面取得进展

太阳风扰动如何侵入磁层、电离层并影响地面导航通信精度，一直是空间天气研究的重要科学问题。太阳风与地球弓激波的相互作用能够在近地空间产生热流异常（Hot Flow Anomaly，HFA）等局地瞬态结构，引起显著的等离子体加热、流动偏转和压力变化。已有研究发现，HFA能够引起磁层顶运动或变形、在极区电离层引起局地粒子沉降、电流和等离子体对流的变化，但从弓激波附近的瞬态扰动到磁层的响应和对电离层的影响及引起导航信号的变化，仍缺少多手段协同观测。厘清这一联系，是认识太阳风能量在近地空间的转换、传递及其应用效应的重要环节。

中国科学院国家空间科学中心太阳活动与空间天气全国重点实验室联合山东大学、挪威卑尔根大学等机构同行，综合利用MMS卫星在磁鞘的观测，结合电离层DMSP卫星极光成像、 SuperDARN雷达对流观测，AMPERE场向电流分布和、地基全球导航卫星系统（GNSS）电离层闪烁数据，研究了2015年11月19日一次HFA事件及其极区电离层响应与空间天气效应。MMS在日侧磁鞘观测到HFA及伴随的高速射流，并记录到磁层顶的穿越。而在极区电离层相近日侧扇区观测到了涡旋状对流、场向电流增强和指示粒子沉降的极光增强（如图1所示）。GNSS观测显示，总电子含量（TEC）和相位闪烁指数均出现明显增强，但TEC增强先于相位闪烁指数增强，幅度闪烁指数则未见明显增强。

图1 (a-f) SuperDARN对流图。洋红色圆圈标出了涡旋结构。(g-l) 2015年11月19日HFA事件期间，AMPERE给出的FACs空间分布。红色（蓝色）阴影表示向上（向下）的FACs。(m) 2015年11月19日10:50 UT，DMSP SSUSI观测到的LBHS波段极光发射。

上述联合观测支持HFA相关磁层顶扰动与极区对流、电流、粒子沉降及GNSS相位变化之间的联系。研究提出，HFA相关扰动可能通过磁层—电离层耦合影响极区粒子沉降，增强局地电离并改变电子密度分布，为密度梯度及不均匀结构的发展提供条件，进而直接影响相关区域的GNSS信号的传播相位。

该研究将激波前兆区瞬态结构的影响研究从磁层边界运动和极区电动力学响应进一步延伸至导航信号层面，为HFA是极区空间天气影响来源之一提供了直接观测证据，拓展了对空间天气驱动来源及跨尺度耦合过程的认识。本次事件在中等对流速度下仍出现明显相位扰动，提示高纬导航环境评估应重视局地、短时扰动以及粒子沉降和电子密度空间结构的变化。结合前兆区瞬态过程、磁层边界响应与电离层精细观测，有望进一步厘清扰动的传递路径，为识别短时空间天气扰动来源、评估区域性导航风险提供物理依据。

相关成果以“Ionospheric Scintillation Induced by Hot Flow Anomalies via Particle Precipitation”为题发表于AGU Advances。论文第一作者为山东大学与空间中心联合培养博士生赵家琛，通讯作者为太阳活动与空间天气全国重点实验室张清和研究员、张端特别研究助理。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等支持。

相关论文链接：Zhao, J.-C., Zhang, Q.-H., Yang, Z.-W., Zhang, D., Oksavik, K., Wang, B.-Y., et al. (2026). Ionospheric scintillation induced by hot flow anomalies via particle precipitation. AGU Advances, 7, e2026AV002548. https://doi.org/10.1029/2026AV002548

（供稿：天气室）