地球高层大气是低轨航天器运行的关键区域，与无线电通信和导航定位直接相关，其变化不仅影响各类技术系统的稳定运行，还关系国家空间环境安全与应用保障能力。我国幅员辽阔、跨越多个纬度带，上空高层大气环境复杂多样。长期以来，受制于观测手段不足、台站分布稀疏，特别是高层大气光学观测极易受到天气、月光和杂散光等因素干扰，连续获取高层大气高质量观测资料十分困难，因此我国高层大气的真实状态及其关键扰动过程仍缺乏足够认识。

在众多影响高层大气变化的过程中，空间天气事件期间的极区扰动是驱动高层大气剧烈变化的重要源头。为此，中国科学院地质与地球物理研究所刘立波研究团队自2019年起在中国最北端的漠河台站建设了自主高层大气光学观测设备（Fabry-Perot Interferometer, FPI），持续开展长期监测。近年来，随着太阳活动增强，漠河极光出现愈发频繁。对公众而言，这可能只是一种以往罕见而神秘绚丽的自然天象；但对科研而言，更值得追问的是：为什么极光会越来越频繁地出现在我国最北部？它背后是否意味着极区特有的空间环境过程，已经能够更直接、更强烈地影响我国北部高层大气环境？

围绕这一科学问题，在2025年1月1日“新年”磁暴期间，研究团队不仅在漠河观测到罕见的绿色和红色极光（图1），还首次在良好的光学观测条件下清晰捕捉到异常强烈且不同以往的高层大气风场扰动（图2）。通过联合中国科学院空间中心张佼佼研究员团队建设的高频雷达观测网，团队识别出极区典型的等离子体双涡对流显著向低纬扩张并触及漠河地区（图3）。研究表明，这并不是一次简单的“高纬扰动的影响向低纬扩展”的传播事件，而是极区对流直接控制漠河上空高层大气状态与运动的罕见实例。依托连续时间序列的高质量观测，可以清楚看到在极区对流扩张与收缩过程中，极区对流边界内外不同物理过程对漠河高层大气风场主导作用的切换，揭示了极区对流边界附近复杂而关键的中性-电离动力学耦合过程。

图1 2025年1月1日17:17-18:16 UT期间由戴建峰团队拍摄的极光照片。蓝色箭头表示极光扩展的方向

图2 2024年12月30日至2025年1月2日期间漠河的高层大气风场。自上而下分别为SYM-H（nT）指数以及北、南、东、西四个漠河FPI观测视场方向上的风速（m/s）。带误差棒的黑线表示基于漠河FPI历史观测资料建立的风场气候学模型。灰色散点表示2019年至2024年间每年DOY300至次年DOY 60时段内的漠河FPI观测结果。其他不同颜色的虚线表示2025年“新年”磁暴期间不同日期的SYM-H和风场变化

图3 基于高频雷达观测网得到的极区对流图。矢量的颜色和长度分别表示拟合得到的对流速度强度。绿色方框表示漠河FPI的位置，其附近的“+”标记表示FPI各个视场方向的位置投影。c、d两幅图中的灰色五角星表示极光照片中快速演化高亮极光区域的大致投影位置

进一步的模拟实验发现，这次事件的发生，除了剧烈空间环境扰动本身是重要因素之外，北磁极持续向西伯利亚方向漂移，也正在使极光卵和极区扰动区整体更靠近我国北部。这意味着，漠河乃至我国北方高层大气未来可能比过去更容易直接受到极区过程影响。

该研究首次报道了中国最北端漠河地区这一极具标志性的空间环境现象，从观测角度揭示了其背后深层的高层大气演化规律，为认识中国区域高层大气环境的新特征、完善全球高层大气图景，以及服务国家空间环境监测预警、卫星运行保障和应用安全提供了重要科学支撑。

研究成果发表于空间物理领域权威国际学术期刊JGR: Space Physics (李文博，刘立波^*，张佼佼，赵秀宽，戴建峰，张瑞龙，杨雨嫣，刘博威，陈一定，乐会军. Unusual disturbed thermospheric wind caused by polar convection at Mohe during 2025 New Year storm[J]. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 2026, 131(3): e2025JA034386. DOI: 10.1029/2025JA034386.)。研究受国家自然科学基金（42530201, 42404174, 42174210）、中国科学院战略性先导科技专项B类（XDB0780000）、国家重点研发计划（2022YFF050440）以及中国科学院太阳活动与空间天气全国重点实验室专项基金资助项目的共同资助。

李文博（博士后）