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1、第11卷第1期极地研究Vol.11,No.11999年3月CHINESEJOURNALOFPOLARRESEARCHMarch1999研究论文南极中山站极光形态的统计特征1212胡红桥刘瑞源王敬芳杨惠根324KazuoMakita王幸NatsuoSato(1武汉大学,武汉430072;2中国极地研究所,上海200129;3TakushokuUniversity,Tokyo193;4NationalInstituteofPolarResearch,Tokyo173-8515)提要利用极光全天空摄象机1995年和1997年在南极中山
2、站观测的极光数据,对中山站上空极光的出现情况进行了统计分析。在南极中山站,午后(磁地方时1400～1800MLT)和子夜前后(2200～0300MLT)出现极光的情况比较多,在傍晚(1800～2200MLT)出现极光的情况要少一些;较强的极光主要也出现在午后和子夜附近。冕状极光主要出现在子夜附近和午后的极向侧和天顶,在傍晚出现很少;带状极光主要出现在午后和赤道侧的傍晚与子夜;极光浪涌主要出现在子夜前后;向日极光弧则主要出现在子夜前后,子夜前比子夜后多,极向和天顶比赤道侧多。除向日极光弧外,其它形态的极光在中山站的出现情况与Kp指数
3、相关。中山站进入极光带的时间通常在午后,具体时间也与Kp指数有关。关键词极光极光带Kp指数中山站南极1引言作为磁层磁力线在极区的“足迹”,极光反映了磁层和太阳风中的很多现象,因此人们早在17世纪就对极光观测研究表现出了浓厚的兴趣;18世纪就已经有人报告过极光出现时磁针发生摆动的事实;在19世纪中叶就已经发现地磁场变化与太阳活动周期之间关系密切,这使极光研究成为日地电磁耦合研究的一个重要组成部分;而且,在同一时期就已经有人假想环绕极区存在一极光带(BrekkeandEgeland,1994)。在国际地球物理年(1956～1957)期
4、间,大量全天空照相机被安装到南极和北极的极光带上。在分析从这些台站网得到的大量全天空照片后,人们发现极光确实常常同时出现在围绕地磁极的一个环形带上,这就是后来众所周知的极光卵。该卵形区域相对于太阳是固定的,它在向阳侧有一定的收缩,通常可达到大约磁纬78°;在背阳一侧向外伸展,通常可达到磁纬67°国家自然科学基金(49634160)和国家海洋局极地考察办公室资助项目第1期胡红桥等:南极中山站极光形态的统计特征9(Brekke,1997)。因此,在一天中,地球上的台站在围绕地轴转动的过程中,在不同的磁地方时对应于极光卵的不同位置。同
5、时极光卵本身也不是静止不动的,它和地磁变化关系密切(涂传诒等,1988)。而同时看到整个极光卵则是在人类进入太空时代以后。对极光的卫星观测发现,被极光卵所包围的极盖区也并不总是漆黑一片,在很多时候它也是丰富多彩的(Akasofu,1985)。南极中山站的地理坐标为69°22′24″S,76°22′40″E,地磁(偶极)坐标为77.2°S,120.5°E,不变磁纬约为75°S,L=13.9;在极区地球表面,修正磁纬和不变磁纬大致是等同的,因此中山站的修正磁纬也约为75°S(刘顺林等,1997)。中山站的地方时比世界时大约早5小时,而
6、磁地方时比世界时大约早2小时。中山站的地理纬度并不高,极夜大约有58天,极昼大约有54天。但其不变磁纬却大致与南极点站相等,在当地磁中午都处于极隙区/极尖区纬度附近,因此中山站成为世界上为数不多(Makitaetal.,1998)的可以观测到日侧极光(特别是午后极光)的台站之一。而且,中山站还每天两次穿过极光卵,而在子夜前后则处于极光卵的内侧。通常认为日侧极光与日侧磁层顶的重联过程关系密切;而子夜极光与极光亚暴及磁尾重联过程关系密切,因此中山站是利用极光观测研究太阳风-磁层-电离层耦合过程的极好场所。1995年1月,中国极地研究所
7、和日本国立极地研究所在南极中山站合作安装了极光全天空摄象机和三波段极光扫描光度计。由于南极恶劣的天气环境,1995年的观测从3月初持续到6月下旬就被迫中断。直到1997年2月才恢复观测,1997年观测时间为2月底到10月上旬。除阴雪天外,两年中的有效观测日共计149天。本文利用这两年中极光全天空摄象机的极光观测资料对南极中山站上空的极光出现情况进行了统计分析。2统计事件的分类本文根据作者在南极中山站进行极光观测的经验,将极光分为四类来进行统计。第一类为冕状极光,其主要特征为具有射线状结构;第二类为带状极光,其主要特征为纬向带状分布
8、;第三类极光浪涌为结构比较复杂而且运动、变化又很快的极光结构;第四类为向日极光弧或称为向阳排列的极光弧,其主要特征为经向分布的弧状结构。图1示出了中山站这四种典型极光的全天空图象,图1a所示的是冕状极光;图1b所示的为带状极光;图1c所示的为活动较
