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电场穿透现象的研究是近年来国际关注的热门课题之一。研究暴时行星际电场穿透对于理解太阳风-磁层-电离层能量耦合具有重要科学意义。虽然围绕这一课题开展的研究已有超过40多年的历史,但仍有许多问题至今尚未解决,其中最为关键的就是电场穿透产生的条件。在磁暴期间,携带行星际磁场的太阳风与地球磁层相互作用,通过磁场重联和其他物理机制,使得巨大的太阳风能量得以进入地球空间,大尺度行星际电场穿透进入磁层甚至中低纬电离层,显著改变当地的电场和离子漂移速度的大小甚至极性。本文研究磁扰时跨极盖电势及其时间变化率对赤道F层等离子体垂直漂移的影响以及跨极盖电势的饱和现象。首先,我们利用DMSP和ROCSAT-1卫星测量得到的离子漂移数据和AMIE(Assimilative Mapping of Ionospheric Electrodynamics)模型输出的跨极盖电势,对2001-2003年间118个Kp>4的磁扰动事件,尤其关注跨极盖电势及其时间变化率对赤道区离子垂直漂移的影响。统计学研究得到磁层顶行星际电场向低纬电离层穿透的最可几时延以及穿透效率。然后,利用OMNI的太阳风数据和AMIE模型输出的跨极盖电势值,对暴时跨极盖电势饱和效应进行统计学研究,得到行星际电场晨昏分量与跨极盖电势两者之间的定量关系式。论文的主要研究工作和结果归纳如下：1.利用840km高度上DMSP卫星在晨-昏和白天-夜晚地方时扇区的离子漂移速度数据,分析了2001-2003年磁扰动期间跨极盖电势及其时间变化率对赤道区F层离子垂直漂移增量的影响。发现在DMSP卫星轨道所在的地方时,跨极盖电势时间变化率与赤道区电离层离子垂直漂移增量之间的相关性要明显优于跨极盖电势本身与赤道区电离层离子垂直漂移增量之间的相关性,表明快速变化的电场更容易向低纬穿透。确定了跨极盖电势时间变化率和赤道区离子垂直漂移增量之间的线性关系式,得到了电场穿透效率的值。2.利用600km高度上ROCSAT-1卫星在1999-2004年运行期间的离子漂移速度数据,系统地分析了地磁平静期间赤道区电离层离子垂直漂移的变化规律,发现赤道区电离层离子垂直漂移具有明显的季节、地方时和经度变化。赤道区离子垂直漂移总体的变化趋势为：白天向上,夜晚向下,离子漂移速度的峰值随经度和地方时的变化非常明显,尤其是在夏季和冬季。白天的极大值大多出现中午之前(0900-1100LT),夜晚的极小值则大多出现在日出前(0400-0500LT)。在春、秋分的黄昏前和夏季5-8月的黎明前,几乎在所有经度上都能看到离子垂直漂移在其极性发生翻转之前有明显的增强,它们出现的时间随经度变化并不明显。3.利用ROCSAT-1测量数据,分析了2001-2003年磁暴期间所有地方时扇区跨极盖电势及其时间变化率与离子垂直漂移增量之间的相关性,发现几乎在所有地方时,离子垂直漂移增量与跨极盖电势时间变化率的相关性均优于其与跨极盖电势本身的相关性。4.利用OMNI的太阳风数据和AMIE输出的跨极盖电势,以每个事件中AE最大值AEmax作为衡量磁扰动强度的特征量,分析了不同AEmax取值范围内的跨极盖电势饱和现象。发现跨极盖电势的饱和值与AEmax有较好的线性关系,相关系数为0.81。5.统计学研究了不同磁扰强度期间行星际电场对跨极盖电势的影响。发现在1000<_AEmax≤2000nT范围内,当行星际电场晨昏分量-2≤Ey≤3mV/m时,跨极盖电势与行星际电场线性相关,线性拟合的斜率约为6.5：当Ey>3mV/m时,跨极盖电势趋向饱和,饱和值约为90kV,饱和部分斜率为1/7,当Ey<-2mV/m时,跨极盖电势随行星际电场变化缓慢,拟合的极小跨极盖电势约为54kV,斜率约为1/2。2000<AEmax≤3000nT时,跨极盖电势出现饱和对应的行星际电场阈值在4mV/m以上,在对AEmax超过3000nT的超强磁暴进行研究发现,行星际电场的阈值超过10mV/m。论文的创新之处：1.相关性分析发现,与跨极盖电势相比,其时间变化率与赤道F层离子垂直漂移的相关性更好,暗示快速变化的太阳风可能对电场穿透更为有效。2.统计分析表明,存在行星际电场晨昏分量的闽值,超过此阈值跨极盖电势趋于饱和,饱和值为～90kV,饱和部分斜率为1/7,AEmax与跨极盖电势饱和值存在显著正相关。3.发现在夏季5-8月黎明时段,几乎在所有经度上,离子垂直漂移在极性翻转前都出现明显的增强,出现的时间随经度变化并不明显。