利用高分辨率钙离子激光雷达观测Es层等离子体不规则体的垂直精细结构及时间演变

摘要： 2014年12月24日，在东京立川站（北纬35.7度，东经139.4度），研究人员利用高时空分辨率（5秒/15米）的共振散射激光雷达通过钙离子（Ca+）密度测量，观测了偶发E层（Es层）中等离子体不规则体的垂直精细结构及其时间演化过程。该观测成功揭示了约100公里高度处偶发钙离子层（Ca+s层）中更清晰的等离子体不规则体精细结构，包括准正弦波高度变化、局部团块、"猫眼"结构和扭曲结构。这些精细结构表明：中性大气中因密度发生瞬态或空间变化而产生了开尔文-亥姆霍兹不稳定性。Ca+s层中的最大Ca+密度比国分寺站（北纬35.7度，东经139.5度）电离层测高仪同时观测估算的临界频率（foEs）所对应的最大电子密度低两个数量级。0.91的强正相关系数表明：钙离子与下热层中主要金属离子Fe+和Mg+同样参与Es层的形成。此外，在共轭点日出后不久，观测到110公里处新生Ca+s层的形成以及100公里和110公里处Ca+s层的上升运动。虽然尚不明确其与日出时刻是否存在因果关系，但Ca+s层形成及上升运动的可能成因是强水平风的出现，而非东向电场的增强。