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  3. （一）极区电离层等离子体云块及其影响 等离子体是由分离的离子和电子组成的一种物

（一）极区电离层等离子体云块及其影响 等离子体是由分离的离子和电子组成的一种物

练习题库2022-08-02  46
问题 （一）极区电离层等离子体云块及其影响等离子体是由分离的离子和电子组成的一种物质。它广泛存在于字宙中，常被视为物质的第四态。等高子体具有很高的电导率,与电磁场存在极强的耦合作用。太阳风是从太阳上层大气喷射出的超高速等离子体流,它携带能量巨大的带电粒子流，不断撞击着包括地球在内的大阳系所有行星的大气层。而地球等行星具有的全球性磁场可以有效地阻挡和偏转大多数太阳风的带电粒子,防止它们与地球等行星大气层进一步发生直接相互作用。然而,地球磁力线在两极地区高度汇聚并几近垂直向太空开放,太阳风携带的高能粒子能直接“撞”进两极的大气层,形成极光。较之地球其他地区,极区电离层等离子体的运动和演化过程极为复杂,并伴随着众多不均匀体结构的形成,其中等高子体云块最为常见。极区电离层等离子体云块的形成和演化常常引起极端空间天气环境,给人类的通信、导航、电力设施和航天系统等造成很大的危害。形成和演化中的等离子体云块与背景等高子体间的密度梯度会对通信和导航信号产生很大的干扰。例如,会使得人类的超视距无线通信和卫星-地面间的通信中断,直接影响近地飞行器(飞机、宇宙飞船等)和低轨卫星等的正常运行及其与地面的通信,甚至威胁航天员的生命安全。因此,相关研究是国际空间天气学领域中最重要的课题之一。（二）--________________________________地球大气中的某些成分会因太阳光的照射而被电离，在向阳侧形成密度较高的电离层等离子体。这些等离子体受到地球自转和电离层对流的影响后,部分被“甩”成一个“舌状”的窄带,即舌状电离区。研究表明,极区电离层等离子体云块可能源自舌状电离区。目前,极区电离层等离子体云块的形成机制被归纳为以下三种:1．地球磁力线分为向阳侧磁力线和背阳侧磁力线两部分，而南北半球的这两部分磁力线之间都存在一个漏斗型的区城,被称为极隙区,该区城内磁  几乎为零。来自太阳风的等离子体能通过极隙区直接侵入地球极区大气层  即:极隙区的对流模式受行星际磁场调制,导致不同密度的等离子体先后进  极隙区而形成等离子体云块。2．由新开放磁通管中增强的等离子体复合，引起爆发式对流通道中的等离子耗散而形成等离子体云块。3．两条反向磁力线无限接近时分别断开并“重新联接”的物理过程称为磁重联，该过程中伴随着物质间能量的转化和输运。日侧磁重联便是太阳风能量、动量和质量向地球输运的主要途径之一。脉冲式日侧磁重联的发生，使得开闭磁力线边界向赤道方向高密度光致电离区域侵蚀，随后携带高密度等离子体沿极区电离层对流线向极盖区运动而形成等离子体云块。    近年来，欧美科学家通过研究发现，上述三种机制相互关联、彼此依存。然而，由于极区自然环境恶劣和观测的局限性，无法获得极区电离层等离子体云块形成演化的完整、清晰的动态物理图像。究竟哪种机制占主导作用仍不清楚，结论有待进一步证实。（三）______________________________________________要研究极区电离层等离子体云块的形成和演化特征，必须在极区电离层进行大范围的连续观测。目前，国际上符合此项要求的观测设备只有超级双子极光雷达网（SuperDARN）和全球定位系统（GPS）地面接收机网。超级双子极光雷达网由分布在南北半球的31部高频相干散射雷达组成，其中北半球22部，南半球9部。在正常工作模式下，每部超级双子极光雷达在16个波束方向上连续扫描，覆盖约52°方位角的扇形区域，该区域离雷达最远距离约3000公里。每部雷达通过探测电离层中不均匀的散射回波信号并加以分析，能得到电离层不均匀体的回波强度、视线速度等。若两部雷达同时从不同的方向对同一个小区域进行探测的话，便可根据该区域上空雷达的两个视线速度向量获取该区域上空的速度合向量，该合向量反映的就是该区域等离子体的对流速度。超级双子极光雷达网几乎覆盖了南北极整个极区，且对大部分区域实现了两部以上雷达的同时探测，因此可提供极区全域对流数据，即可提供极区电离层等离子体全域对流情况。而全球导航卫星的广泛应用为探测和研究电离层带来了革命性的变化。众多导航卫星组成GPS，GPS地面接收机可通过接收GPS信号，利用GPS信号折射效应来推导出电离层的电子总含量。GPS地面接收机也密集覆盖北半球整个极区，可获取电离层全域等离子体的密度分布。利用国际超级双子极光雷达网和全球定位系统地面接收机的联合观测数据，科学家直接观测到在2011年9月26日一次强磁暴袭扰地球期间，极区电离层等离子体云块的完整演化过程；经过进一步研究，首次发现夜侧磁重联在等离子体云块演化过程中扮演重要的角色。 根据文章，按要求作答： 观测极区电离层等离子体云块时，超级双子极光雷达和全球定位系统（GPS）地面接收机在观测原理上的区别是：A.超级双子激光雷达网几乎覆盖了南北极整个极区，GPS地面接收机只覆盖了北极区B.超级双子极光雷达扫描并探测散射回波信号，GPS地面接收机利用信号折射效应C.超级双子极光雷达主要探测等离子体的速度，GPS地面接收机主要观测其密度D.超级双子极光雷达主要探测日侧磁重联，GPS地面接收机主要观测夜侧磁重联
选项 A.超级双子激光雷达网几乎覆盖了南北极整个极区，GPS地面接收机只覆盖了北极区
B.超级双子极光雷达扫描并探测散射回波信号，GPS地面接收机利用信号折射效应
C.超级双子极光雷达主要探测等离子体的速度，GPS地面接收机主要观测其密度
D.超级双子极光雷达主要探测日侧磁重联，GPS地面接收机主要观测夜侧磁重联
答案 BC
解析 选项A，在原文第12段“超级双子激光雷达网几乎覆盖了南北极整个极区”，前半句正确，13段的倒数第一行“GPS地面接收机也密集覆盖北半球”，而选项中说的是“GPS地面接收机只覆盖了北半球”，范围程度不一致，A错误；
选项B，在原文第12段“每部雷达通过探测电离层中不均匀体的散射回波信号并加以分析”以及第13段“GPS地面接收机可通过接受GPS信号，利用GPS信号折射效应来推导出电离层的电子总含量”，B项正确；
选项C，在第12段“每部雷达通过探测电离层中不均匀体的散射回波信号并加以分析，能得到电离层不均匀体的回波强度、视线速度等”以及第13段“GPS利用GPS信号折射效应来推导出电离层的电子总含量，可获取电离层全域等离子体的密度分布”，C项正确；
D项最后一段提到“联合使用两种设备首次发现夜侧磁重联……扮演重要角色”，并未提及分别使用情况，无中生有，D项错误。
故本题正确答案为BC。
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