极光粒子沉降进入地球极区,与极区中高层大气相互作用产生极光辐射。分子氧红外极光辐射是分子极光的重要组成部分,在大气能量收支的精确评估中起着重要作用。然而由于分子氧气辉辐射的干扰使得观测较为困难,目前对分子氧红外极光辐射的研究非常缺乏,对它的分布结构、随地磁和太阳活动的变化规律、以及激发机制仍然不清楚。
实验室徐寄遥研究团队的高红等研究人员利用TIMED/SABER卫星观测结果对分子氧红外极光辐射进行了深入研究。通过去除分子氧气辉辐射的影响,得到不同太阳和地磁活动条件下分子氧极光的水平分布结构(图一)和垂直分布结构(图二)。统计分析表明,分子氧极光辐射强度和分子氧极光垂直分布剖面的峰值与地磁活动正相关,与太阳辐射(F10.7)的变化反相关;分子氧极光垂直分布剖面的峰高与地磁活动反相关,与太阳辐射变化正相关。此外,分子氧极光辐射具有明显的纬度变化特征和经度变化结构,并且南北半球的经度变化结构有明显差别,北半球辐射率最大值出现在230°MLON附近,南半球辐射率最大值出现在300°MLON附近(图三)。
该研究结果扩展了我们对分子氧极光辐射的认识,为深入研究分子氧极光的激发机制打下基础。研究结果已在Journal of Geophysical Research杂志上发表。
Gao, H., Xu, J., Chen, G. M., Zhu, Y., Liu, W., & Wang, C. (2020). Statistical structure of nighttime O2 aurora from SABER and its dependence on geomagnetic and solar activities in winter. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 125, e2020JA028302. https://doi.org/10.1029/2020JA028302
图一:不同太阳(从第一行到第三行分别是太阳活动低年、中年和高年)和地磁活动条件下,110公里高度上分子氧极光辐射率的水平分布结构。
图二:不同太阳和地磁活动条件下,分子氧极光辐射率的垂直分布结构
图三:北半球(上)和南半球(下)110公里高度上分子氧极光辐射率水平分布结构对比