根據(jù)安培定律電離層電流引起的地面地磁變化可檢測日食期間的電離層電動力學(xué)過程。由于觀測的缺乏，以往對日食地磁效應(yīng)的研究集中在一個或幾個地磁臺站所在范圍，使得日食地磁效應(yīng)的緯度及地方時變化特征及其對應(yīng)的電離層電動力學(xué)過程未得到充分地研究。發(fā)生在2020年6月21日的日環(huán)食事件主路徑穿過中國境內(nèi)恰為白天時段，加之中國地震局地球物理研究所地磁臺網(wǎng)以及國際地磁臺網(wǎng)的區(qū)域高密度觀測為這一問題的研究提供了很好的機(jī)會。

中國地震局地球物理研究所劉曉燦等利用中國及其周邊地區(qū)的地磁臺觀測研究了2020年6月21日日環(huán)食事件的地磁日變化日食效應(yīng)的緯度和地方時依賴性，分析了電離層電動力學(xué)過程，結(jié)果得出：

1. 日食整體上減弱了地磁日變化各分量的強(qiáng)度。其中南北分量ΔX的效應(yīng)有明顯的緯度依賴性，即在Sq電流渦中心以下緯度強(qiáng)度下降顯著，以上緯度略弱，而在電流渦中心附近ΔX的日食效應(yīng)幾乎不存在。此外，隨著緯度的降低，且日食遮蓋率增加的時候，東西分量ΔY 的效應(yīng)增強(qiáng)（見圖1上圖）。

2. 沿著日食主路徑由午前到下午時段ΔY的日食效應(yīng)呈現(xiàn)出地方時依賴特征（見圖1下圖）；而ΔX分量的日食效應(yīng)隨地方時的變化沒有ΔY的規(guī)律，大致為午前到下午較早比下午較晚時段的要強(qiáng)。垂直分量ΔZ的日食效應(yīng)較弱，主要出現(xiàn)在主路徑上下午較早時段。

圖1. （上圖）I號經(jīng)度鏈的5個地磁臺站（約78°E）觀測到的地磁日變化三分量日食效應(yīng)的緯度依賴性，（下圖）日食主路徑（遮蓋率大于90%）上6個地磁臺觀測到的地磁日變化三分量日食效應(yīng)的地方時依賴性。（其中紅色為日食當(dāng)天，黑色曲線和灰色陰影為該月5天磁靜日平均及其上下一倍均方差，黃色條為該臺的日食時段。）

圖2. TIEGCM模型模擬日食最大相時刻的全球日變化三分量及電離層水平電流。（從上到下各行依次為ΔX、ΔY和ΔZ以及電離層水平東向電流Je、水平南向電流Js，從左到右三列為無日食、有日食和二者差值）

3. 全球電離層-熱層耦合模型模擬（見圖2）證實(shí)了觀測結(jié)果，表明日食遮蓋過程產(chǎn)生的電離層電流形態(tài)與背景Sq電流相反，因此減弱了地磁日變化的強(qiáng)度。

本研究創(chuàng)新之處：1. 使用觀測及模型較系統(tǒng)地給出了日食地磁效應(yīng)隨地方時和緯度的依賴性，在日食地磁效應(yīng)研究中尚屬首例；2. 使用觀測及模型分析了日食期間電離層電動力學(xué)響應(yīng)過程，給出了日食引起的電離層電流的形態(tài)特征。

研究成果增加了對日食-電離層電動力學(xué)過程-地磁研究的新認(rèn)知，為深入理解電離層發(fā)電機(jī)過程及其對應(yīng)的地磁日變化活動增加了新的理論研究基礎(chǔ)。

研究成果2022年發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《Journal of Geophysical Research: Space Physics》（2.811），由中國科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃（YSBR-018）、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41831070、41974083和42188101）以及中國地震局地球物理研究所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)項(xiàng)目 （DQJB20B26）共同資助。

【作者簡介】

劉曉燦，女，理學(xué)博士，2008年畢業(yè)于中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，主要從事地磁學(xué)理論及地震地磁現(xiàn)象研究。