科研動態 | 空間中心科研人員在磁層亞暴和全球對流研究中取得重要進展

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近日，中國科學院國家空間科學中心（以下簡稱“空間中心”）太陽活動與空間天氣全國重點實驗室科研團隊在磁層對流與亞暴物理研究中取得重要突破，從直接觸發機制和全球組織結構兩個層面，揭示了強亞暴在磁層對流控制下的演化規律，為理解太陽風—磁層整體耦合提供新的物理圖像，并為極端空間天氣科學診斷提供理論基礎。

磁層亞暴是地球空間環境中最劇烈的爆發性過程之一，表現為極光增強和地面磁擾動。完整亞暴通常包括能量積累的生長期、能量快速釋放的膨脹相、以及逐漸回復的恢復相，其中膨脹相是最顯著、最具破壞力的階段。長期以來，人們認為亞暴是一種“蓄能—釋放”過程，但亞暴如何爆發、以及及膨脹相如何組織展開，一直是國際空間物理領域的核心前沿問題。

通過全球衛星觀測與數值模擬聯合分析，團隊聚焦2024年5月超級磁暴期間的一次極端亞暴事件，直接挑戰“亞暴必須經歷顯著磁通加載”的傳統觀點。研究發現，日側磁重聯驅動的對流與1區場向電流迅速建立，并在數分鐘內擴展至夜側，直接觸發亞暴膨脹，幾乎無需傳統長時間磁通積累。模擬結果進一步表明，日側磁重聯驅動的全球對流能夠直接促使磁尾電流片快速變薄，從而降低亞暴觸發閾值并引發亞暴膨脹（圖1）。

圖1.日側驅動對流直接觸發亞暴機制的示意圖。

進一步依托強磁暴期間的全球多點觀測，研究團隊首次揭示：亞暴膨脹并非孤立爆發事件，而是嵌入在一個全球尺度的場向電流、極光電流以及對流循環之中。該循環表現為電流峰值在磁經度和磁緯度上的系統性遷移——先向反日側、向赤道方向推進，隨后再向日側、向極地方向回擺，并與增強的電離層向日對流同步演化。研究表明，這一全球循環同時涉及對流驅動的DP-2電流和亞暴爆發DP-1電流兩個分量。結果表明，亞暴爆發可發生在日側或夜側磁重聯占優的背景下，但完整的DP-1電流體系發展通常涉及夜側磁重聯過程。這一發現將局地亞暴爆發納入全球對流與電流系統的整體框架之中。

這些研究結果在理論上形成有機統一：一方面從宏觀尺度上確立亞暴膨脹嵌入全球電流與對流循環的組織結構框架，另一方面從磁流體動力學機制層面闡明日側驅動的對流如何直接觸發亞暴。整體研究表明，磁層對流是決定亞暴演化路徑與觸發條件的核心動力過程。

亞暴演化過程是“微笑衛星”（SMILE）任務重點關注的三大科學目標之一。上述成果不僅深化了對太陽風—磁層—電離層耦合機制的認識，也為極端空間天氣事件的物理解釋提供了科學理論依據。論文主要完成人員包括空間中心任勇副研究員、博士生王彤輝、戴磊研究員等。

論文鏈接：

Ren, Y., Zhu, M., Dai, L., Gonzalez, W., Wang, S., Wang, C., et al. (2026). Solar‐wind triggering of substorm onset during the May 2024 superstorm: Coordinated global observations and simulations. Geophysical Research Letters, 53, e2025GL119629. https://doi.org/10.1029/2025GL119629

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