近日，山东大学空间科学攀登团队的“从太阳风暴到地球极光”集成攻关创新团队利用十余年的星载极光数据，揭示了南半球太空台风发生规律，该研究成果被美国地球物理学会（American Geophysical Union; AGU）会刊EOS作为“（Research Spotlights）研究亮点”进行报道。
图1：AGU会刊EOS对太空台风的报道
“太空台风”是由张清和教授等人首次在地球极区电离层与磁层发现类似台风的现象（Zhang et al., NC, 2021）。太空台风伴随有巨型台风气旋状的极光亮斑结构（水平尺度超过1000公里）、等离子体对流涡旋和速度为零的“台风眼”、强沉降电子“雨”、电子温度上升和离子上行等特征，揭示了在平静地磁条件下的高纬尾瓣重联，可打开从太阳风与地球磁层-电离层之间的物质与能量传输通道，在局地产生了堪比超级磁暴的地磁扰动和能量注入。为了探究“太空台风”的发生条件和时空分布规律，陆盛等人（Lu et al., 2022）统计研究了北半球太空台风随太阳活动周期､季节和世界时(UT)的分布规律，探究了其形成与行星际磁场和太阳风参数的依赖性等。然而，对于太空台风现象的研究，还存在一系列悬而未决的难题。例如太空台风是否可以在南半球发生？太空台风南半球的发生规律和影响因素与北半球有何异同？太空台风具有哪些等离子体特征？高纬尾瓣重联机制是否普适？
针对这些问题，陆盛等人（Lu et al., JGR, 2024）利用十余年的星载极光等观测，在南半球共识别出259个太空台风事件，统计给出了南半球太空台风的发生条件和时空分布规律，并对比了南北半球太空台风的发生率与行星际磁场、太阳风参数等依赖性关系，给出了太空台风的等离子体特征。研究结果表明：在南半球，(1)太空台风主要在夏季发生；倾向于发生在强负向By和北向Bz条件下；(2)太空台风主要发生在磁地方时午后15MLT和地磁纬度85°附近；（3）太空台风发生区域具有低电子密度、低水平等离子体速度、低垂直等离子体速度、高电子温度、上行场向电流、强电子沉降通量等特征。对比北半球的太空台风发生规律，进一步揭示太空台风是由高纬尾瓣重联形成。该研究结果以“A Statistical study of Space Hurricane in the Southern Hemisphere”为题，发表于AGU主流学术期刊Journal of Geophysical Research: Space Physics（JGR），并被EOS作为研究亮点报道。
另外，修智峰等人（Xiu et al., 2024）利用DMSP F16卫星和GOCE卫星的电离层与热层联合观测，研究了太空台风期间的极区热层响应特征，发现太空台风驱动的大尺度电离层对流能够显著调节热层的水平中性风场环流，在极盖区内激发显著的垂直中性风与中性大气质量密度扰动——极盖区重力波，该成果发表在AGU主流学术期刊（Geophysical Research Letters，GRL）。
研究团队关于“太空台风”的成果被《自然》（Nature）选为研究亮点，入选《自然·通讯》2021年“物理”和 “地球、环境与行星科学”两大领域下载量第4名和第5名的科学论文，作为独立词条登上了《维基百科》(Wikipedia)，入选中国科学院发布的《2022科学发展报告》2021年中国科研代表性成果。2024年，由自然资源部、新华社、中国国家博物馆共同举办的“冰路征程——中国极地考察40周年成就展”在中国国家博物馆面向公众展出了太空台风的研究成果。
图2.国家博物馆展出团队太空台风成果
据悉，美国地球物理协会（American Geophysical Union; AGU）会刊EOS（Earth & Space Science News）是全球地球与空间科学研究领域前沿信息来源的权威平台，其中的“EOS研究亮点”（Research Spotlights）专门报道该领域具有重要影响的新研究成果。
相关文章：
1.A Space Hurricane over the Earth's Polar Ionosphere
https://www.nature.com/articles/s41467-021-21459-y
2. A Statistical study of Space Hurricane in the Southern Hemisphere
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2024JA032753
3. A Statistical study of Space Hurricane in the Northern Hemisphere
https://doi.org/10.3389/fspas.2022.1047982
4. Direct Observation of the Space Hurricane Disturbed Polar Thermosphere
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL106735
作者：陆盛
