磁暴期间，太阳风和磁层能量注入高层大气。这些能量通过热传导、环流和波动等过程在全球范围内重新分配，进而影响大气温度、密度和化学成分等大气参数的全球分布。低热层作为中层大气与高层大气的过渡区域，不仅承受来自上方的太阳辐射和磁层能量注入，还受到来自下层大气上传波动的影响，成为上下层耦合的关键区域。然而，由于观测的困难，对110公里-200多公里的低热层大气温度和密度的观测研究几乎处于空白状态，这一区域被称为 “thermospheric gap”。2022年2月初的中等磁暴造成38颗星链卫星发射期间在该区域陨落，再次证明了该区域的重要性以及目前对该区域认知的缺乏。
2019年12月到2022年11月运行的ICON卫星搭载的MIGHTI仪器提供了全球中低纬度（12oS-42oN）地区90-135公里高度范围的高分辨率温度分布，尽管它的观测不能覆盖全球各个纬度的完整的低热层大气，但是它的观测为我们窥视这一区域提供了宝贵的观测数据。
实验室的中高层大气研究团队，联合美国国家大气研究中心、河南师范大学以及巴西国家空间研究所的学者，利用ICON/MIGHTI观测数据研究了中低纬地区低热层（约110–130公里）中性温度对2020年-2022年期间磁暴的响应及其机制。下图给出了2021年10月12日的磁暴（最小Dst = -65 nT）的研究事例，发现在所有观测纬度（约14°-42°N）上温度都显著上升，并且温度增幅远超预期。例如42°N附近130公里高度处的温度增幅高达30%，35°-40°N区域的平均增幅也达到18%，这些增幅远超目前常用的经验模型（如MSIS系列）和物理模型（如TIEGCM）的预期。对近三年观测的统计分析表明，温度变化与地磁活动强度（ap指数）呈现明显的正相关关系，且在35°-40°N纬度带和较高高度处的响应更为强烈—130公里高度的温度增长率达到0.168%/nT。值得注意的是，目前广泛应用的NRLMSIS2.1经验模式和物理模式TIEGCM虽然能够捕捉到温度升高的趋势，但都显著低估了实际的增幅，特别是在125公里以上高度，差异达2-3倍。这些结果表明，为了进一步加深对低热层大气的认知，并研发更为准确的模式，提高预报能力，迫切需要对该区域开展系统的观测。
该项研究发表在国际著名期刊Geophysical Research Letters上。论文的第一作者为高红研究员，通讯作者为徐寄遥研究员。
2021年10月12日磁暴期间35°-40°N纬度范围内温度随高度的变化分布，（a）行是温度T，（b）行是相对变化ΔT/T，（c）行是纬向平均温度的相对变化SΔT/T。每行上下部分分别对应卫星的升轨和降轨的观测。第一列：ICON/MIGHTI的实测结果，第二列：NRLMSIS2.1模式结果，第三列：TIEGCM-ICON模式结果。图中白色曲线：3小时或24小时滑动平均ap指数；洋红色曲线：1小时或24小时滑动平均Dst指数。
论文链接：
Gao, H., Jiyao Xu, Wang, W., Liu, W., Liu, X., Moro, J., Yajun Zhu, and Maosheng He, (2025). Response of neutral temperature in the lower thermosphere to geomagnetic storms observed by ICON/MIGHTI. Geophysical Research Letters, 52, e2025GL116133. https://doi.org/10.1029/2025GL116133