中國子午工程破解電離層'氣泡'漂移密碼：半數以上與風同速

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深夜，你正用手機導航穿越城市，屏幕上的定位圖標突然開始漂移。衛星通信信號閃爍不定，GPS接收器陷入迷茫。這種看似神秘的干擾，往往源自赤道上方數百公里處發生的物理現象——赤道等離子體泡（EPB）。中國科學院國家空間科學中心依托子午工程，歷時一年半的連續觀測，首次精確刻畫了中國南部上空這類"電離層空洞"與高層大氣風的運動關聯，相關成果發表于《地球物理學研究雜志：空間物理學》。

赤道等離子體泡是低緯度電離層中一種劇烈的等離子體密度耗空現象。日落之后，電離層底部會因瑞利-泰勒不穩定性產生上涌的氣泡狀結構。這些氣泡內部電子密度極低，像一面面不規則的鏡子反射和散射無線電信號。

當衛星信號穿過EPB時，會發生快速波動和閃爍。嚴重時，通信鏈路直接中斷。赤道地區的衛星通信、GPS導航和雷達系統長期受其困擾。理解并預測EPB的運動規律，是空間天氣預報的核心課題之一。

驅動EPB漂移的關鍵力量來自熱層中性風。但熱層位于地表250公里以上，空氣極其稀薄，直接探測難度極大。長期以來，中國南部上空的EPB運動與中性風關系缺乏系統觀測數據，形成研究空白。

中國科學院國家空間科學中心團隊依托子午工程（中國空間環境地基綜合監測網），解決了這一難題。他們整合了雙通道光學干涉儀與全天空氣輝成像儀的觀測數據。

這套組合實現了對250公里高度熱層緯向中性風與EPB漂移速度的同步反演。雙通道光學干涉儀通過探測氧原子紅線（630.0納米）的多普勒頻移計算風速。全天空氣輝成像儀則追蹤EPB邊界的移動軌跡。

研究團隊積累了1.5年的連續觀測資料。這是中國首次在本土低緯地區獲得如此長時間序列的高精度中性風與EPB協同觀測數據。子午工程作為目前世界上規模最大的空間環境地基監測網絡，其觀測能力在此得到充分驗證。

數據分析揭示了EPB運動的精細物理圖像。研究發現，超過50%的EPB樣本與緯向中性風以相同速度運動。這表明在這些情況下，F區發電機效應被完全激活，中性風通過碰撞拖拽等離子體，成為漂移的主導因素。

但規律并非簡單線性。觀測顯示，子夜前中性風速度普遍大于EPB漂移速度。子夜后，情況發生反轉，EPB速度超過中性風。這種差異源于額外的調制機制。

日落后的E區發電機過程會產生極化電場。EPB內部也存在復雜的極化電場結構。這些電場與中性風產生的電場相互作用，共同決定EPB的最終運動速度。此外，這種對應關系還受到季節變化和地磁活動的顯著調制。

該發現修正了以往單純依賴中性風預測EPB路徑的簡單化模型。它證明在低緯地區，必須同時考慮中性動力學與電磁過程的耦合效應。

從科學史維度看，EPB研究經歷了從雷達回波探測到光學成像觀測的技術演進。早期研究集中在南美秘魯、東南亞等赤道地區。中國南部地處低緯，是連接赤道與中緯的關鍵過渡帶，其物理過程具有獨特性。

此次研究標志著中國在該領域從"跟跑"轉向"并跑"。子午工程提供了其他國家難以復制的長期連續觀測能力。結合即將建成的子午工程二期，中國將具備從太陽到地球空間的完整監測鏈條。

這項基礎研究的實用價值顯著。它為開發中國低緯區域電離層預報模型提供了關鍵參數。未來，當北斗導航信號穿過中國南部電離層時，我們可以更準確地預判它是否會遭遇"氣泡"干擾。

精確的時空預報能力，最終將轉化為更可靠的衛星通信和更精準的定位服務。

中國科學院國家空間科學中心，科研人員利用子午工程數據揭示赤道等離子體泡與中性風關聯，2025年。

國家自然科學基金委員會相關項目資助信息。