空气辉光成像仪观测到印度低纬度/亚低纬度地区的等离子体不规则现象：这些现象在午夜前后被“掐断”并发生合并

《Advances in Space Research》：Airglow Imager Observation of equatorial-plasma-irregularities in the Indian low/sub-low latitudes getting pinched-off and mergers during after/before midnights

　　

T.K. Ramkumar|M.G. Keerthana|G.K. Prashant|Suparba Goswami|Keerthana Ramesh|Shravani Ahire

印度政府航天部所属国家大气研究实验室，安德拉邦Gadanki，邮编517112，印度

摘要

尽管对赤道电离层等离子体不规则现象/气泡/减少/团块的数十年的观测已经揭示了一些关于电离层等离子体的一般特征，但这种现象在其微小的时间和空间尺度上仍然具有多种演变特性，因此仍然是个谜。仍有许多未解决的问题需要解决，例如：(1) 是哪些物理机制导致地磁场对齐的等离子体不规则现象的产生；(2) 有时这些产生的等离子体不规则现象是如何解体，随后又如何与其他已经存在的向东移动的不规则现象合并的。本文利用位于印度Gadanki的热带站点的NARL全天空气辉光成像仪，详细研究了2023年2月13日、14日和17日发生的这类现象。SWARM卫星的总电子含量（TEC）测量结果证实了这些现象的存在，但未能观察到小尺度变化。通过行星地磁Kp指数和ap指数，发现2023年2月13日、14日、15日、17日和21日属于地磁平静期。这表明对电离层的影响主要来自大气动力学，可能是通过热层内的风动力学，也可能是通过较低层大气的动力学作用，进而导致赤道区域电离层等离子体不规则现象的产生或减少/增强。虽然SABER温度数据（美国TIMED卫星）显示较低热层高度（90-120公里）存在一些强烈的波动活动，但TIDI（美国TIMED）仪器测量的风速剖面并未显示出显著的波动活动。这表明虽然重力波可以轻易地体现在热层温度结构中，但同样的现象不一定总能出现在风速中。另一个重要的观察结果是，虽然NARL的OH发射观测（Gadanki）显示了一些重力波活动，但OI（557纳米发射，约97公里高度）和Na（589纳米发射，约90公里高度）的空气辉光观测并未显示出任何波动活动。另一种可能的原因在于，发射特定波长的空气辉光层的垂直范围（高度上的权重函数）远小于所探测重力波的垂直波长。在这种情况下，基于太空中的SABER和TIDI卫星测量所应用的大气探测机制，揭示了中间层和较低热层高度（90-120公里）中的大气重力波。目前对SABER温度和TIDI风速在较低热层短高度区间（约90-100公里）的强垂直变化的观测，为赤道电离层等离子体不规则现象（减少、断裂和合并）的产生提供了重要依据。

段落摘录

引言：

几十年来，人们利用多种观测技术（如非常高频（VHF）雷达、光学成像仪/光度计、全球定位系统（GPS）等）对赤道电离层等离子体不规则现象/气泡/减少（EPBs）的特性进行了广泛研究（例如：Farley等人，1970年；Woodman和La Hoz，1976年；Abdu等人，1983年；Kelley，1985年；Takahashi等人，2001年；Takahashi等人，2021年；Huang等人，2013年；Patra等人，2014年；Abadi等人）

数据与方法：

位于Gadanki的NARL全天空气辉光CCD成像仪[北纬13.5°，东经79.2°；磁纬度6.5°；Joshi等人，2012年]配备了一套四个Fabry-Perot滤光片，中心波长分别为：(1) 630纳米（OI [1D]发射，高度约250公里），(2) 557.7纳米（OI [1S]发射，高度约97公里），(3) 589纳米（Na发射，高度约90公里），所有滤光片的带宽均约为2纳米；以及(4) 840纳米（OH发射，高度约85公里），带宽为720-920纳米，并带有阻挡槽

观测与讨论：

图1展示了2025年2月13日晚上19:21 IST（印度标准时间=UTC+05:30）期间，位于印度Gadanki的NARL全天空气辉光CCD成像仪所在地（北纬13.5°，东经79.2°；磁纬度6.5°）处，约250公里高度的OI发射（630纳米）强度变化的未变形（以公里为单位的空间距离表示）地图。从图1a-i的九个面板中可以观察到……

总结与结论：

利用位于印度Gadanki的热带站点的NARL全天空气辉光成像仪，在2023年2月13日、14日、15日、17日和21日这五天的地磁平静期间获得的电离层图像，研究了是否由于低层大气动力学过程导致了赤道电离层等离子体不规则现象的产生。除15日和21日外，其他三天都观察到了等离子体不规则现象，包括增强和减少

未引用的参考文献

Huang和Rody，2026年；Huba等人，2007年；Mukherjee，2003年；Tsunoda等人，1982a；Tsunoda等人，1982b；Zalesak等人，1982年。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能会影响本文的报告内容。

致谢：

本项工作得到了印度政府航天部的支持。M.G. Keerthana、Suparba Goswami、Keerthana Ramesh和Shravani Ahire衷心感谢NARL主任的允许他们在T.K. Ramkumar博士的指导下开展他们的航空太空工程项目。同时，他们也感谢他们的母机构——位于印度中央邦博帕尔的Vellore理工学院（VIT-Bhopal）的支持

本文使用的全天成像仪数据可通过特殊请求获得