超低频（Ultra-Low Frequency，简称“ULF”）电磁波具有波长长、能量密度低、穿透能力高等特性。在空间科学领域，ULF波通常指频率位于1mHz~10Hz的电磁波，亦称为地磁脉动，因其在传播过程中携带了介质变化信息，因此一直是地球空间科学领域的研究热点，ULF波动监测被认为是最有潜力突破地震短临预测的手段之一。另外，在行业应用领域，利用ULF（延展至300Hz）波动能够穿透海水、岩石等介质特性，广泛应用于地球物理勘探、通信导航等。

       在电离层高度上，ULF波可能起源于空间天气、地震等扰动因素，因此是研究不同圈层耦合和能量传播的重要载体。近期，国家自然灾害防治研究院张衡一号卫星团队联合张衡一号卫星和及其他不同轨道卫星（WIND、GOES-17卫星）以及THEMIS地磁台站，发现了在强磁暴期间一个罕见因太阳风动压变化造成的夜侧大尺度ULF波动事件，深入揭示了太阳风动压变化对夜侧地球磁层结构的影响，并探讨了ULF波在太阳风-磁层-电离层-地面的传播特性及产生机制。研究发现，磁力线共振是激发大尺度ULF波动的主要驱动因素之一。此外，在低纬度区域，磁层对流减弱与等离子体层向外膨胀，以及在中高纬度区域，太阳风动压增强导致的离子回旋不稳定性也促成了该大尺度ULF波动事件的发生。

图1 张衡一号卫星在2021年11月4日强磁暴期间监测到的大尺度夜侧ULF电磁波和电子密度扰动

图2 2021年11月4日星地联合观测到ULF电磁波的卫星的映射足点和地磁台站位置

       据前人研究，太阳风动压变化通常在日侧激发ULF波动，而夜侧则相对少见。此外，受限于跨圈层协同观测能力，深入探究此类夜侧ULF波的传播特性及产生机制的研究成果较为稀缺。本项研究则充分展现了不同高度卫星与地面台站协同观测在科学研究中的显著优势。这种协同模式通过整合卫星与地面台站的观测数据，能够从不同区域揭示地球空间环境的复杂现象和物理过程，为相关理论研究和模型构建提供了坚实的实证基础。未来需要进一步发展电磁卫星星座等技术，全方位提升多维度、高分辨率协同观测能力，为科学研究和自然灾害监测提供跨圈层立体观测的数据支持。

本研究国家自然灾害防治研究院为第一完成单位，相关成果在《Science China Technological Sciences》期刊发表，该成果得到了国家重点研发计划项目，国家自然科学基金项目以及亚太空间合作组织地震研究等项目资助。
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Sun, X. Y., Hu, Y. P., Zeren, Z., et al. (2024). Joint observations of the large-scale ULF wave activity from space to ground associated with the solar wind dynamic pressure enhancement. Science China Technological Sciences, 67, 2215–2229. 
链接：https://doi.org/10.1007/s11431-023-2663-6