1 引言

热层大气密度就位探测和模式研究已经进行了多年，但其对地磁活动的响应至今仍然没有很好的掌握(Chen et al., 2014)，虽然目前已经发展了Jacchia系列、DTM系列以及MSIS系列等大气模式，国际上所使用的大气密度模式主要是根据卫星阻力资料、质谱仪资料、地面非相干散射雷达资料和火箭的直接测量资料拟合得到的经验模式，即使目前最好的大气密度模式在太阳活动平静期的计算误差仍有15%～20%，而在磁暴期间，密度偏差往往可以超过密度值本身，达到或超过100%(Chen et al., 2014; Browman 2008; Marcos et al., 1990).

国内外学者对地磁扰动与大气密度相关性进行了分析，Liu等(2005)利用CHAMP卫星加速度计获得的大气密度数据，分析了400 km轨道高度上大气密度跟随Kp值的变化，表明了大气密度的增加和地磁事件相关；Sutton等(2005)利用了STAR加速度计描述了2003年10月29日至11月1日大磁暴(Kp值从5～9)期间对大气密度的影响，数据覆盖了南纬-87°到北纬+87°，在最大地磁事件期间密度增加了200%～300%；Ritter等(2010)利用CHAMP卫星分析了中小地磁扰动时大气密度和经向风场的变化特征；沈长寿等(2001)采用AE-D 卫星上中性大气数密度的观测资料，分析结果表明，磁暴对中性大气加热使低热层大气受热抬升，使较高高度上大气成分发生变化和大气密度抬升；Qin等(2008)利用中国星载大气密度探测器在轨实时的连续探测数据，分析了强地磁暴期间热层大气密度出现的全球性涨落和局部区域的剧烈扰动增变现象；Chen等(2012)利用CHAMP和GRACE卫星热层大气密度探测数据，开展了太阳行星际和地磁活动对热层大气密度的影响以及对卫星轨道的影响研究；Xu等(2011)利用CHAMP和GRACE卫星热层大气密度探测数据和轨道数据研究了2003—2005年期间该轨道大气密度跟随太阳和地磁活动的变化，得出了两个新结果；Wang等(2012)利用理论模式研究了地磁活动对热层/电离层的影响.

本文则主要利用中国星载大气密度探测器和大气成分探测器在轨就位探测数据、CHAMP卫星大气密度探测数据，与相应大气模式数据来比对分析不同强度地磁扰动事件和在不同轨道高度上大气密度实测值与模式值的差异程度，提示当前热层大气密度模式对磁暴响应严重不足之处和大气密度模式暴时修正的切入点.

早在20世纪60年代由Jacchia等开发构建地球大气模式，先后形成Jacchia 1971(Jacchia，1971)和1977(Jacchia，1977)热层大气经验模式，至今Jacchia模式还被广泛应用.

随后几十年中开发了更为完善的模式，如DTM，MSIS86(Hedin，1987)，MSISE90(Hedin，1991)，NRLMSISE00(Picone et al., 2002)等.

DTM系列包括DTM78、DTM94和DTM2000. DTM系列模型采用扩散平衡方程的解析解形式，联合卫星阻力资料、大气成分和温度资料估计模型系数.

Barlier等(1978)利用从卫星曳力数据反演的热层大气温度和密度数据首次开发了DTM78模型.由于其采用的数据有限，结果有较大 的误差，通过扩充建模的数据以及改进算法，DTM94 的大气密度结果得到了较大的改善，尤其是在太阳 活动和地磁活动条件下(Berger，1998).2003年Bruinsma等(2003)对DTM94模型进行了改进，主要利用了非相干散射雷达的温度观测数据以及UARS卫星的温度和风场观测数据，进一步提高在低太阳活动状态下的温度预测结果.

MSIS系列模式基于卫星质谱仪资料和非相干散射雷达测量温度的结果建立，包括MSIS77、MSIS83、 MSIS86、MSIS90(MSISE90)和MSIS00(NRLMSISE00).

1983年，Hedin(1983)在模式中增加了高太阳活动时的观测数据以及利用3 h的地磁Ap指数描述大气参数在磁暴后的变化，并且将模式的高度范围扩展到90 km，形成了 MSIS-83模式.Hedin等在MSIS86中改善了极区宁静和扰动条件下成分变化的季节差异，增加了高纬和高太阳活动时的数据.而MSISE90将下边界下降到地球表面，主要描述从地面到热层高度的地球中性大气 的温度、密度和各气体成分的数密度.NRLMSISE00模式则是美国海军实验室(Navy Research Laboratory，NRL)以MSISE90和Jacchia70为基础开发改进而来(Picone，2001)，包含卫星加速度计和卫星轨道反演得到的大气总质量密度数据，氧分子数密度数据以及非相干散射雷达的 温度数据.该模式描述了从地面到热层(0~1000 km)的中性大气密度和温度等大气物理性质，可以反映热层大气密度的基本变化特征.NRLMSISE00是目前国际上最为先进而完善的大气经验模式之一.

本文选用NRLMSISE00大气模式作为模式数据进行比对.在求得与就位探测数据点相对应的模式值时，输入如表 1所列的子项主要参数，计算得出大气总质量密度等输出参数，即本文中所涉及的模式值.该模式不仅能输出不同太阳活动水平和不同地磁扰动条件下热层大气密度分布，还可以输出主要大气成分的分布，是当前国际上广泛使用最有影 响的热层大气模式.在下面的分析中，NRLMSISE00 模式简称为MSIS00.

表 1(Table 1)

表 1 MSlS00模式的输入和输出参数 Table 1 Input and output parameters of MSlS00 model 输入参数 输出参数 年-月-日(UTS) He数密度 高度 O数密度 地理纬度 O2数密度 地理经度 N数密度 日出时间 N2数密度 81d平均F10.7 cm Ar数密度 前1天的F10.7 cm H数密度 当日Ap磁场指数 原子氧数密度 3 h前Ap磁场指数 总质量密度 6 h前Ap磁场指数 外逸层温度 9 h前Ap磁场指数 高层温度 12～33 h前Ap磁场指数 36～57 h前Ap磁场指数

表 1 MSlS00模式的输入和输出参数 Table 1 Input and output parameters of MSlS00 model

地磁和太阳活动程度选用美国NOAA空间环境中心发布的Kp指数和太阳辐射通量F10.7指数数据，其中包含发生在2003年11月、2004年7月、2005年8—9月间的四次强磁暴事件和2006年、2012年期间2次中等强度地磁扰动事件.

在本文中分别选用我国星载大气密度探测器和CHAMP卫星加速度计的就位大气密度实测数据进行分析.

我国星载大气探测器同时有大气成分探测器(四极质谱仪)提供相对应的热层大气成分数据.航天器以准圆形轨道运行，轨道高度分别是560 km和350 km，大气密度测量采用直接探测传感器内气体压力和温度的方法，并由气体分子动力学理论所建立的基本关系式来获得自由大气密度.探测器在地面上经活性气体校准系统分别用标准气样O₂、N₂和He进行了标定和定期复校.在轨探测时，探测器传感器的标准测孔始终处于迎风面零攻角附近，并由精密姿测系统和定轨系统分别获得姿态和轨道参数.星载大气密度探测器主要性能为：测量压力范围10^-4～10^-7Pa，测量取样室气体温度范围-10～+60 ℃，最小可检测压力1×10^-7Pa，温度分辨率0.2 ℃，校准系统总不确定度5％～7％，遥测信号采 样率为1 Hz，探测器质量2.6 kg，探测器功耗2.5 W.

近10年中中国星载大气密度探测器获得了两次强磁事件和多次中等扰动事件，即2005年8月24日和9月10日两次强磁暴事件(Kp值均达到9)；众多中等强度磁扰事件在文中只例举了2006年4月14日中等强度磁扰事件(Kp值达到7)和2012年4月23日的中等强度磁暴事件(Kp值达到6)，分析和比对不同强度磁扰事件期间不同高度全球大气密度就位探测值与模式值变化.

同时还应用了CHAMP卫星加速度计就位探测大气密度数据，例举了发生在2003年11月、2004年7月、2005年8月的三次强磁暴事件(Kp值也均达到9)期间大气密度就位探测值与模式值变化比较.

在本章中将首先介绍强磁暴期间中国卫星(高度560 km附近)热层大气密度探测值与模式值的异常差异，再介绍磁暴期间CHAMP卫星的热层大气密度探测值与模式值的异常差异，针对2005年8月的强磁暴介绍了不同高度上(CHAMP和中国卫星)大气密度探测值与模式值的比较，最后介绍中等强度磁扰时大气密度探测值与模式值的比较.

图 1表示了2005年8月24日强磁暴期间，高度560 km附近中国卫星热层大气密度就位探测值与模式值变化比较.其中图 1b和1c分别表示事件期间F_10.7值和Kp值的变化，表明这次事件具有磁扰强度强但扰动持续时间短的特点，6 h内地磁扰动程度从宁静跃升至Kp=9的极大值，24 h内这次强磁暴扰动迅速结束，期间F_10.7值变化不大.图 1a中黑线表示了这次事件期间由中国星载大气密度探测器所测得大气密度就位探测值变化，红线表示相应的模式值变化.如图探测值变化所示，事件期间热层大气密度发生了强涨落和剧烈扰动，在 磁扰峰期，探测值表明全球大气密度由事件前 1.95× 10^-13 kg·m^-3(峰值)，上涨到峰期6.2×10^-13 kg·m^-3(峰值)，涨幅达2倍以上，而局部区域的扰动增变比最高可达5.7倍，但模式值所示变化却完全不同，大气密度不仅没有明显上涨，而且更没有出现强烈的区域性跃变.

图 1

Fig. 1

图 1 2005-08-24强磁暴事件期间热层大气密度探测值与模式值(MSIS00)变化比较 Fig. 1 Comparison of observation data with model data(MSIS00)of thermosphere during severe geomagnetic storm event on August 24，2005

表 2列举了这次事件期间磁暴前和磁暴峰区附近热层大气密度探测值峰谷值和模式值峰谷值的比较.

表 2(Table 2)

表 2 2005-08-24强磁暴事件磁暴前和磁暴峰区热层大气密度(560 km高度)探测值与模式值比较 Table 2 Comparison of observation data with model data of thermosphere before and during geomagnetic storm on August 24，2005 探测值(kg·m-3) 模式值(kg·m-3) 探测值/模式值 磁暴前 峰值 1.95×10-13 1.85×10-13 1.05 谷值 6.00×10-14 5.50×10-14 1.09 磁暴峰期 峰值 1.12×10-12 1.90×10-13 5.89 谷值 1.80×10-13 6.50×10-14 2.77 增变比 峰值 5.74 1.03 - 谷值 3.00 1.18 -

表 2 2005-08-24强磁暴事件磁暴前和磁暴峰区热层大气密度(560 km高度)探测值与模式值比较 Table 2 Comparison of observation data with model data of thermosphere before and during geomagnetic storm on August 24，2005

由表可知，此次事件前即地磁活动宁静期间热层大气密度探测值与模式值十分相近，两者相对偏差小于10%，而磁暴峰期热层大气密度探测值增变比高达3～5.7倍.而模式值的增变比很小，仅为18%.这表明此次强磁暴事件期间热层大气密度探 测值增变远大于模式值，两者增变值比相差达2.8～5.9倍. 上述这种严重差异在高纬区域的扰动变化中就更为明显.

图 2列举了中国卫星大气密度探测器在此次强磁暴事件期间运行轨道圈上大气密度探测值与模式值变化的比较结果.其中图 2a为UT2005-08-24 06 ∶ 44期间(1.5 h内)大气密度探测值与模式值变化比较，此时强磁暴磁扰刚开始，探测值已在北半球高纬地区(尤其在N70～N80之间)开始出现异常扰 动，由事件前1.3×10^-13 kg·m^-3，迅速上升到2.9×10^-13 kg·m^-3，而图 2a上模式值完全没有出现这种高纬异常上涨现象.

图 2

Fig. 2

图 2 2005-08-24强磁暴事件期间热层卫星运行轨道圈热层大气密度探测值与模式值变化比较 Fig. 2 Comparison of observation data with model data of thermosphere during severe geomagnetic storm event on August 24，2005

而图 2b为紧接图 2a 3 h后的大气密度变化比较，UT2005-08-24 09 ∶ 56为这次磁暴进入峰期，图上不仅明显可见整个轨道圈(全球)所测大气密度值迅速上涨，而且在北半球高纬地区(尤其是N50～N70)出现了强烈的异常上涨现象，大气密度探测值最高已达1.12×10^-12 kg·m^-3，与磁扰前大气密度比较，增幅高达4.7倍，而此时模式值也未出现这种异常扰动增变现象.

紧接图 2b约1.5 h后即图 2c为UT2005-08-24 11 ∶ 30 轨道圈大气密度探测值与模式值变化 比较，此时强磁暴的扰动强度已完全达到顶峰(Kp=9)，如图 2c所示，探测值不仅表明了全球大气密度强烈上涨达到峰值，而且南北半球的高纬地区(北半球60°N附近，南半球70°S附近)大气密度探测值出 现了南北双高峰现象，大气密度峰值均已达到6.0× 10^-13 kg·m^-3，相对于磁扰前大气密度峰值的增变比也高达3.1.同样此时模式值没有出现这种异常上涨和强烈扰动现象.

图 2d为UT2005-08-24 13 ∶ 05 轨道圈大气密度探测值与模式值变化比较.显然此时磁扰强度峰值已过，但还处于Kp=8的强扰动期间，图 2d所示探测值不仅突出地表明全球大气密度强烈上涨扰动，而且明显地表示了南半球高纬地区大气密度双高峰向中、低纬地区推移的现象.而此时模式值没有出现这种全球性大气密度波动现象.

图 3表示了2005年9月11日强磁暴事件期间，高度560 km附近热层大气密度就位探测值与模式值变化的比较，其中图 3b和3c分别表示该次事件期间F_10.7值和Kp值的变化，表明这次事件地磁活动在Kp=5附近持续了约21 h(近1天)，然后迅速增强(3 h左右)达到峰值Kp=9，磁扰回落过程时间也较长(持续在Kp=5～6)，期间F_10.7值变化不大.图 3a中黑线表示这次事件期间中国星载大气密度探测器所测得大气密度 就位探测值变化，红线则表示相应模式值变化.图 3a所示探测值变化，充分表明事件期间热层大气密度也发生了强涨落和剧烈扰动现象，磁扰峰期探测值表明大气密度由事件前的 1.5×10^-13 kg·m^-3(峰值)上涨到3.1×10^-13 kg·m^-3(峰值)，涨幅也达到1倍以上，而局部区域扰动增变比也达到2.4倍.期间模式值也出现上涨，由事件前1.45×10^-13 kg·m^-3(峰值)上涨到2.25×10^-13 kg·m^-3(峰值)，涨幅约为55%，远小于探测值涨幅.同时模式值没有出现局部区域扰动变化现象.另外从图上可明显看到，在事件磁扰峰期，阴影区大气密度探测值上涨幅度明显大于模式值.

图 3

Fig. 3

图 3 2005-09-11强磁暴事件期间热层大气密度探测值与模式值变化比较 Fig. 3 Comparison of observation data with model data of thermosphere during severe geomagnetic storm event on September 11，2005

表 3例举了2005-09-11强磁暴事件期间磁暴前和磁暴峰区热层大气密度探测值和模式值的比较.由表 3可知，同样在事件前热层大气密度探测值与模式值是十分接近，两者相对偏差低于10%，而磁暴峰区热层大气密度探测值增变比高达2.17倍，此次事件中模式值虽增变比也有1.48，但还是远低于探测值上涨幅度，探测值增幅高出模式值44%～91%.

表 3(Table 3)

表 3 2005-09-11强磁暴事件期间磁暴前和磁暴峰区热层(560 km)大气密度探测值与模式值变化比较 Table 3 Comparison of observation data with model data of thermosphere before and during geomagnetic storm on September 11，2005 探测值(kg·m-3) 模式值(kg·m-3) 探测值/模式值 磁暴前 峰值 1.50×10-13 1.52×10-13 0.95 谷值 5.50×10-14 5.00×10-14 1.10 磁暴峰期 峰值 3.25×10-13 2.25×10-13 1.44 谷值 1.15×10-13 6.00×10-14 1.91 增变比 峰值 2.17 1.48 谷值 2.09 1.20 -

表 3 2005-09-11强磁暴事件期间磁暴前和磁暴峰区热层(560 km)大气密度探测值与模式值变化比较 Table 3 Comparison of observation data with model data of thermosphere before and during geomagnetic storm on September 11，2005

图 4列举了卫星运行轨道圈上大气密度探测值与模式值变化的比较结果.其中图 4a为UT2005-09-10 12 ∶ 04期间轨道圈高度上大气密度探测值与模式值变化比较，此时磁扰尚未开始，探测值与模式值基本接近.

图 4

Fig. 4

图 4 2005-09-11强磁暴事件期间热层卫星运行轨道圈热层大气密度探测值与模式值变化比较 Fig. 4 Comparison of observation data with model data of thermosphere during severe geomagnetic storm event on September 11，2005

图 4b为紧接图 4a 3 h后的大气密度变化比较(UT2005-09-10 15 ∶ 10)，此时强磁暴事件刚开始，探测值在北半球高纬地区(尤其在70°N～80°N之间)出现了大气密度异常扰动增强现象，由事件前 1.4×10^-13 kg·m^-3，迅速上升到2.6×10^-13 kg·m^-3，增变比为1.86.

图 4c 为UT2005-09-11 05 ∶ 02期间大气密度探测值与模式值变化比较，图上不仅明显可见整个轨道圈(全球)所测大气密度值迅速上涨，而且在南北半球高纬地区(尤其是40°N～70°N)也同时出现了强 烈的异常上涨现象，大气密度探测值最高已达 3.25×10^-13 kg·m^-3，与磁扰前大气密度比较，增变比达2.32倍. 而此时模式值在南北半球高纬地区虽也出现 上涨现象，但无明显的扰动现象出现，最高值由事件前1.52×10^-13 kg·m^-3，上升到2.25×10^-13 kg·m^-3，增变比仅为1.48，比实测值增变幅度小得多.

为了进一步验证强磁暴事件期间热层大气密度探测值与模式值之间显著差异特性的普适性，引用了国外CHAMP卫星(运行高度350～390 km)大气密度就位探测数据，经过系统误差修正后，与MSIS00模式比对，分别进行2003年11月、2004年 7月两次强磁暴事件期间的探测值与模式值比对分析.

如图 5所示，此次强磁暴事件Kp峰值为9，CHAMP卫星在390 km高度测得大气密度的显著涨变和强烈扰动变化，探测值最大涨变幅度((事件期间峰值-事件前峰值)/事件前峰值)达250%，而 模式值仅为90%，相差近3倍；探测值最大扰动增 变比(最大扰动峰值/事件前峰值)达4.8倍，而模式值无明显扰动变化.

图 5

Fig. 5

图 5 2003-11-20强磁暴事件期间热层卫星运行轨道圈热层大气密度探测值与模式值变化比较 Fig. 5 Comparison of observation data with model data of thermosphere during severe geomagnetic storm event on November 20，2003

如图 6所示，此次强磁暴事件Kp峰值也达到 9，CHAMP卫星在约386 km高度上同样测得大气密度的显著涨变和强烈扰动变化，探测值最大涨幅达130%，模式值仅为59%，探测值最大扰动增变比达3.0倍，而模式值同样无明显扰动出现.

图 6

Fig. 6

图 6 2004-07-26强磁暴事件期间热层卫星运行轨道圈热层大气密度探测值与模式值变化比较 Fig. 6 Comparison of observation data with model data of thermosphere during severe geomagnetic storm event on July 26，2004

2005年8月事件，难得有机遇来比较CHAMP卫星和中国卫星在不同运行轨道高度上同时探测获得大气密度对这次磁暴事件的响应变化.

图 7表示了在这次强磁暴事件期间CHAMP卫星在375 km高度(图 7b)和中国卫星在560 km(图 7a)高度上同时测得了十分一致的大气密度显著涨变和强烈扰动变化.表 4则列出了这次事件期间探测值与模式值之间的显著差异.

虽然两颗卫星所处高度不同，探测大气密度的探测器也不同，但由表 4可知，两者在强磁暴事件期间所测大气密度的显著涨变幅度和强烈扰动增变比均是十分相近，在与模式值相比时模式值涨幅极小，也没有出现明显扰动.

图 7

Fig. 7

图 7 2005-08-24强磁暴事件期间不同高度热层大气密度探测值与模式值变化比较 Fig. 7 Comparison of observation data with model data of thermosphere during severe geomagnetic storm event at different altitude on August 24，2005

表 4(Table 4)

表 4 2005-08-24强磁暴事件期间不同高度大气密度探测值与模式值之间显著差异比较 Table 4 Comparison of observation data with model data of thermosphere during geomagnetic storm at different altitude on August 24，2005 CHAMP(375 km) CHINA(560 km) 探测值 模式值 探测值 模式值 最大涨变幅度 80% 27% 218% 无明显涨变 最大扰动增变比 4.0 无明显扰动 5.7 无明显扰动

表 4 2005-08-24强磁暴事件期间不同高度大气密度探测值与模式值之间显著差异比较 Table 4 Comparison of observation data with model data of thermosphere during geomagnetic storm at different altitude on August 24，2005

以2006年4月14日发生的中等强度地磁扰动事件为例，图 8比较了高度560 km附近卫星运行轨道圈上热层大气密度探测值与模式值变化，这次中等地磁扰动强度Kp值达到7.

图 8

Fig. 8

图 8 2006年4月14日中等强度地磁扰动事件期间大气密度探测值与模式值变化比较 Fig. 8 Comparison of observation data with model data of thermosphere during severe geomagnetic storm event on April 14，2006

由图 8a可知事件前在2006-04-14 01 ∶ 30轨道圈上热层大气密度探测值与模式值变化十分相近，而图 8b所示事件峰期2006-04-15 ∶ 56 轨道圈上在南、北半球高纬地区(50°N～80°N，50°S～80°S)大气密度探测值明显比模式值涨幅大得多，北半球高 纬地区大气密度探测值由扰动前1.6×10^-13 kg·m^-3 上涨到磁扰峰期的2.6×10^-13 kg·m^-3，涨幅达 63%左右，而模式值保持在(1.3～1.4)×10^-13 kg·m^-3 左右，稍有升降变化；南半球高纬地区大气密度探测值由扰动前(7～8)×10^-14 kg·m^-3上涨到磁扰峰期的(1.1～1.3)×10^-13 kg·m^-3，涨幅达57%～63%，而模式值由(6～7)×10^-13 kg·m^-3稍上涨至(8～9)×10^-13 kg·m^-3，涨幅仅为30%.由此表明中等地磁扰动事件期间在南、北半球高纬地区热层大气密度探测值也有高于模式值30%～60%的明显差异.

图 9比较了2012年4月24日中等强度地磁扰动事件高度350 km附近热层大气密度探测值与模 式值变化，此次事件地磁Kp指数峰值仅为6，由图可知磁扰事件前此高度上热层大气密度探测值与模式值变化十分接近，两者之间相对变化小于8%.磁扰峰期则明显可见阴影区大气密度探测值显著上涨，大气密度值由事件前的4.8×10^-12 kg·m^-3，上涨到峰期的6.5×10^-12 kg·m^-3，涨幅达35%，而大气密度模式值则在峰期仅略微上涨至5.3×10^-12 kg·m^-3，涨幅仅为10%，结果表明中等地磁扰动事件期间在高度350 km附近阴影区大气密度探测值比模式值高 出22%的上涨幅度，但在日照区两者之间差异不明显.

图 9

Fig. 9

图 9 2012年4月24日中等地磁扰动事件期间高度350 km附近热层大气密度探测值与模式值变化比较 Fig. 9 Comparison of observation data with model data of thermosphere near 350 km during severe geomagnetic storm event on April 24，2006

通过地磁扰动期间不同高度(350～560 km)中国星载大气探测器和CHAMP卫星加速度计热层大气密度探测值与模式值变化的比较分析初步可得出如下结果：

(1)强磁暴事件期间高度560 km和375 km附近热层大气密度探测值表示出了全球性强涨落和区域性的剧烈扰动，其中2005年8月24日强磁暴事件引起热层大气密度最大上涨幅度超过2倍，扰动 区中的最大增变比高达5.7倍.而高度375 km附 近(CHAMP卫星数据)最大上涨幅度也达到80%，扰动区中最大增变比也高达4倍左右.期间大气密度模式值不仅没有出现明显的涨落，更没有出现强 烈的区域扰动.初步分析这种全球性热层大气密度强涨落可能与强磁暴期间地球辐射带高能粒子加速注入并加热低热层大气密切相关；而高纬地区上空出现的大气密度剧烈扰动则可能与相对论电子或其它能段高能电子在磁暴峰期局地加速和增强注入密切相关.

(2)2003年11月和2004年7月两次强磁暴事件期间高度390 km附近热层大气密度探测值(CHAMP卫星探测数据)也展示出剧烈的扰动，最大增变比分别可达4.8和3.0，而同期模式值均没有出现这种剧烈的区域性扰动.表明这种现象在不同高度、不同探测卫星上均实测存在.

(3)强磁暴事件可能存在因地磁扰动过程不同而出现程度不同的热层大气密度响应性涨落和扰动.例如，2005年8月24日强磁暴事件地磁扰动强度具有急速上升和快速回落的特点，而2005年9月11日强磁暴事件地磁扰动强度增强是一个长而慢的过程，这可能形成了模式值在前者情况下响应性很小的现象，而后者虽也表示出一定程度上涨响应变化，与探测值相比也明显偏低，探测值增幅要高出模式值约44%～91%.

(4)中等强度地磁扰动事件峰值期间，高度560 km 附近热层大气密度探测值在北、南半球高纬地区显著上涨，远高于模式值.这种现象表明磁扰对热层大气密度的影响主要发生在高纬地区.

(5)中等强度地磁扰动事件，高度350 km附近热层大气密度探测值在地球阴影区域显著上涨，涨幅远大于模式值.这表明从加热机理分析磁扰时引起全球大气密度上涨现象在日照和阴影区上空是相近的.

综上所述，地磁活动宁静期间不同高度上热层 大气密度探测值与模式值十分相近，相对偏差≤10%，但强磁暴期间高度375 km和560 km附近CHAMP 卫星和中国卫星探测值表明现有大气模式不能很好地响应出全球热层大气密度的强涨落和南、北半球高纬地区上空大气密度剧烈扰动，以及由南、北半球高纬地区向中、低纬地区传输的全球大气密度波动过程.而中等强度地磁扰动事件期间，560 km高度附近，南、北半球高纬地区上空大气密度探测值涨幅也明显高于模式值，350 km高度附近则出现阴影区上空大气密度响应幅度的明显差异现象，表明现有大气模式反演地磁扰动，尤其强磁暴事件期间热层大气密度响应变化并不明显.

因此现有的大气模式需做暴时修正，这不仅需要对磁暴期间引起大气密度显著涨落和扰动的加热源、热输运和动力学过程等机理问题做全面深入的研究，例如：磁暴期间是何种能量粒子(能量质子、电子和中子等)加速注入到何高度范围，发生能量转化加热大气；何种过程完成全球大气密度上涨变化和局部区域上空的显著扰动变化；而且更需要通过以一定空间、时间分布的大量就位探测数据来做修正依据和修正验证，随着微小卫星技术的加速发展，探测值和暴时修正后的模式值均会逐渐接近真值.