彭辉, 王志强

1 南京航空航天大学航天学院， 南京 210016 2 中国科学院空间天气学国家重点实验室， 北京 100190

0 引言

地球等离子体层位于内磁层，是其重要组成部分，这里的等离子体密度大(n>108m-3)而温度约为3000～5000 K(Horwitz et al., 1986)，它是电离层到外磁层的过渡区.等离子体层底(即电离层顶)是氧离子为主到氢离子为主的过渡带，由于成分主要为H+，比重约占85%，所以等离子体层也叫质子层，在等离子体层中粒子含量较高的还有He+和O+(Horwitz et al., 1986).等离子体层顶的密度梯度很大，位置随磁层活动而变，一般在3RE～6RE(RE表示地球半径，1RE=6372 km)范围内(Laakso and Jarva, 2001).等离子体层顶是等离子体层的外边界，对于内磁层的研究具有重要意义.

对等离子体层顶的研究从20世纪60年代至今已经历经数十年，虽然其形成机制极为复杂，但在理论和实际观测方面都取得了许多进展，目前主要有电场平衡(Nishida and Atsuhiro, 1966)和交换不稳定(Lemaire, 2001)两种形成机制，其中电场平衡形成机制提出早，比较经典，应用最为广泛.IMAGE卫星(Burch,2000)上搭载有一台EUV探测器(Sandel et al., 2000)，能够对等离子体层中He+的30.4 nm极紫外辐射进行观测成像，来研究等离子体层的分布特征.通过观察EUV拍摄的图像，发现了等离子体层顶的许多特殊结构，包括羽状区、等离子体层肩、槽状结构等(Burch et al., 2001; Darrouzet et al., 2009; Buzulukova et al., 2008)，其中羽状区的特征最为显著，对于等离子体层顶位置的研究至关重要.

为了更好的研究等离子体层顶，考虑到形成机制的复杂性，科学家们构造了许多经验或半经验的模型(Carpenter and Anderson, 1992; Gallagher et al., 2000; Sheeley et al., 2001; Moldwin et al., 2002; Cho et al. , 2015; Liu et al., 2015). Goldstein等(2014a,b,2017)也曾构造一个简单的以Volland-Stern(VS)电场(Volland, 1973; Stern, 1975)作为基础函数，太阳风电场Esw和地磁……