image: (a) IGRF-13模型计算的SAA区域2024年1月地磁场强度；(b) CSES/HEPP-L观测的2~10MeV质子通量差异（2024年~2019年）；(c) NOAA/MEPED p5-90通道（2.5~6.9MeV）观测的质子通量差异（2024年~2019年） view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
南大西洋异常区（South Atlantic Anomaly，SAA）是地球辐射带中粒子通量最强、磁场最弱的区域，其存在对低轨卫星电子设备、通信系统及航天员健康构成显著威胁。基于中国电磁监测试验卫星的六年观测数据，中国科学院高能物理研究所和应急管理部国家自然灾害防治研究院的科研团队合作系统分析了第25太阳活动周期上升期SAA区域地磁场与高能质子的时空演化规律，揭示了该区域的动态变化机制及其与太阳活动的耦合关系。研究成果为理解辐射带粒子输运与地磁场长期演化提供了新的实证依据，发表在国内顶级期刊《中国科学：地球科学》。
研究显示，SAA质子通量的中心位置在过去五年中呈现出持续向西及向北漂移的趋势。基于双高斯模型拟合的结果表明，质子分布中心的昼侧北向漂移速度为(0.29 ± 0.12)°/年，西向漂移速度为(0.36 ± 0.08)°/年，夜侧西漂速度为(0.33 ± 0.10)°/年。低能质子的漂移速度略快于高能质子，显示出不同能量粒子在地磁场不均匀性影响下的差异性响应。与国际地磁参考场IGRF-13模型计算结果相比，SAA磁场中心的漂移方向与粒子通量中心的漂移方向一致。此外，研究发现SAA区域低能质子分布呈典型的双峰结构，而高能质子则表现为单峰分布，这一现象与NOAA/MEPED卫星的长期观测结果高度一致。
CSES卫星HPM载荷观测结果和IGRF-13模型宣显示，地磁场强度的全球变化特征呈现出明显的东西半球不对称性：东半球整体磁场增强，而西半球的减弱趋势更加显著，这会导致SAA区域的地磁屏蔽能力进一步下降。这一特征也与CSES高能粒子通量变化密切对应，2019至2024年间，SAA在L=1.2–1.5的核心区域质子通量明显增强，而外围区域（L>1.5）通量在减弱，SAA内部不同区域质子通量的变化可能受两种机制共同驱动：一方面，增强的太阳活动显著抑制了内辐射带外部区域（L > 1.5）的质子通量；另一方面，SAA区核心地磁场强度的逐步减弱使得质子在更深L壳（L = 1.2~1.5）加速沉降。通过边界识别与面积定量分析，研究团队进一步发现SAA质子通量覆盖面积在2019年至2024年间缩小约(6.09 ± 1.03)%，其年均缩减速率为–(4.33 ± 0.73) × 10⁵ km²/年。该面积变化与F10.7太阳射电流量呈显著负相关，表明太阳活动对SAA演化有重要影响。
CSES卫星高精度的高能粒子探测器（HEPP）与磁场测量仪（HPM），为系统研究SAA的动态演化提供了前所未有的高质量数据支撑。本研究不仅为航天器轨道设计与辐射防护提供了重要参考，也为全球地磁场长期演化与辐射带动力学研究提供了关键观测证据。这也标志着我国自主可控的高质量卫星数据能够对空间环境进行精准的全面监测，我国的空间探测能力得到了大幅提升。
Journal
Science China Earth Sciences
Method of Research
Data/statistical analysis