电离层（Ionosphere）是地球大气受太阳高能辐射以及宇宙线的激励而电离形成的大气高层，覆盖从离地面约50公里至1000公里高度区域。电离层的自由电子和离子能反射无线电波实现全球通信，但是电离层的变化会改变无线电波传播速度，使其发生折射和散射，从而影响通信和导航精度。

       电离层赤道电离异常（Equatorial Ionization Anomaly, EIA）通常表现为电子密度在赤道上的低值以及在南北半球形成的双峰现象。研究结果表明，地磁平静期日侧的赤道电离异常主要由电动力学过程引起的电场及磁场共同作用下形成，通常被形象的描述为“电离层赤道喷泉效应”。完全发展的赤道电离异常是一种空间尺度较大的结构，在纬度方向的覆盖通常超过10°（约1000公里），在经度方向的覆盖则要超过几十度。而最新的卫星观测表明赤道电离层异常结构有时会存在中尺度结构，因此有关赤道电离异常的空间分布及驱动机制仍然是电离层研究的热点问题之一。

       近日，国家自然灾害防治研究院张衡一号卫星团队联合武汉大学以及美国麻省理工大学海斯塔克天文台科研人员，从张衡一号卫星观测中首次发现磁暴期间双机制驱动的日侧赤道电离异常形成了沿纬度方向分布的四峰结构，进而揭示了赤道电离层异常变化的全新形态。这一研究成果在国际地球物理学界权威期刊《Geophysical Research Letters》发表。

图1 张衡一号卫星在2023年4月23日强磁暴期间观测到电离层赤道电离异常的四峰结构

       研究人员通过张衡一号卫星电子密度原位观测和地基GNSS反演的TEC（电子总含量）联合证明了该结构与磁暴期间电离层行进式扰动（Traveling ionospheric disturbances,TIDs）无直接关联。在日侧赤道电离层异常的四峰结构出现期间，张衡一号卫星观测到了赤道上方东向电场的增强，同时伴随亚暴现象，研究人员认为该四峰结构的发生机制与磁暴期间穿透电场的增强相关。穿透电场增强引起的“喷泉效应”将等离子体抬升到顶部，后逐渐沉降到常规的双驼峰的极向侧，最终造成电子密度沿纬度分布的四峰结构。

  【更多内容详见文献】
Yang, Y. Y., Xiong, C., Zhang, S.‐R., Yan, R., Huang, H., Zeren, Z., et al. (2024). The double peak superposition on the Equatorial Ionization Anomaly crests during the 23 April 2023 storm. Geophysical Research Letters, 51, e2024GL108850. https://doi.org/10.1029/2024GL108850
链接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024GL108850

       本研究国家自然灾害防治研究院为第一完成单位，该成果得到了国家重点研发计划项目，国家自然科学基金项目以及亚太空间合作组织地震研究等项目资助。