圖1 千公里尺度波動調制EPB壽命示意圖

我們頭頂幾百公里外的電離層，并不是一片寧靜的等離子體海洋，而是一個充滿暗流與涌動的世界。在這里，赤道等離子體泡（EPB）像巨大的空洞一樣漂浮在等離子體之中，其內密布的小尺度不均勻體會擾亂穿越其中的無線電波，導致衛星導航信號閃爍、通信中斷，甚至影響航空與海事安全。以往的研究發現EPB可在數千至上萬公里的大經度范圍內隨日落依次產生。而在相鄰經度上相繼生成的EPB，其內部不均勻體的壽命一般大致相同（如圖2中2025年2月6日）。這是因為它們共享相似的背景條件，也即，電離層的大尺度環境在短時間內不會劇烈變化，局部生成條件類似，因此EPB的“生命長度”理應相近。

圖2 基于赤道和低緯地區GNSS觀測得到的2025年2月1-7日ROTI（表征EPB內的不均勻體）經度切片，其中2月4日不均勻體壽命體現出漸變趨勢

然而，2025年2月4日的觀測打破了這一固有印象。該日不同經度上的EPB不均勻體壽命似乎呈現出一種漸變趨勢，如圖2中白色箭頭所示。依托覆蓋上萬公里的 GNSS 監測網、低緯超視距電離層雷達（LARID）、流星不均勻體多波段探測系統（MIOS）甚高頻（VHF）相干散射雷達以及赤道電離層測高儀鏈，中國科學院地質與地球物理研究所空間環境探測實驗室孫文杰等捕捉到一種前所未見的形態：在 80°E 到 135°E 的廣闊經度范圍內，EPB 不均勻體的壽命并不是一致的，而是呈現出一種準波動的形態——先逐漸縮短，再變長，再縮短，再變長，像海浪一樣起伏。波長約為 3000 公里，最長壽命可達 8 小時，最短不足 3 小時（圖3）。

圖3 2025年2月4日（a）LARID觀測的EPB回波沿不同經度的變化，（b）ROTI的經度切片，以及（c）基于PPEFM模型計算的赤道電場變化。其中，桃紅色曲線為不同經度上的日落時間，圖b中黑色箭頭標注了可辨別的數個EPB結構，圖c中黑色星號表示每個識別出的EPB結構中不均勻體持續時間，其體現出準波狀變化

更有趣的是，研究發現EPB不均勻體壽命沿經度的波動起伏與不同經度上EPB的發展情況密切相關，壽命更長的EPB，往往在高度上攀升得更高，并沿磁力線映射到更廣的緯度；壽命短的則相反。換言之，EPB的“生命長度”與它的“成長高度”緊密相連（圖4）。這很可能是因為發展到更高高度的EPB可形成更深的等離子體密度耗空，而更深的等離子體密度耗空可提供更大的密度梯度，更有利于EPB內不均勻體的維持。

圖4 2025年2月4日（a-e）ROTI沿著不同經度的緯度切片，以及（f）地方時日落后2小時時段內的ROTI地圖。紅色箭頭表征EPB擴展緯度的變化趨勢

進一步的分析揭示，這種EPB壽命的波狀起伏形態可能并非由驅動EPB產生的赤道日落電場調制形成（因為圖3c電場并未體現出相應波動變化），而是與其背后藏著的兩股“暗流”密切相關：一股是百公里級的小尺度波動，它們在日落前后增強F層底部的隆起，為 EPB的生成提供“種子”條件，是決定EPB生成的“點火器”；另一股則是千公里級的大尺度波動，它們疊加在赤道日落電場之上，調制不同經度上的F層基底高度，從而決定EPB能爬多高、活多久，是EPB壽命的“調節器”。基于LARID回波（圖5）、MIOS VHF雷達回波與赤道測高儀鏈的觀測，證實了此事件中千公里大尺度波動和百公里小尺度波動同時存在于電離層底部。這些多尺度波動的共同作用，促成了EPB在廣闊經度范圍內不均勻體壽命的波狀起伏。

圖5 LARID地面回波中大尺度調制波與小尺度種子波同時存在的觀測證據

該研究揭示了廣闊經度范圍內EPB演化規律新特性，也為空間天氣預報提供了新的線索。在未來的EPB活動預測工作中，不僅要看局部的生成條件，還要考慮數千公里尺度內的大范圍背景調制。這對于保障衛星導航、通信和航空安全具有重要的應用價值。

研究成果發表于國際學術期刊GRL（孫文杰，Yuichi Otsuka，李國主，Prayitno Abadi，王澤權，代國峰，胡連歡，趙必強，劉建飛，解海永，趙秀寬，李怡，寧百齊，Atsuki Shinbori，Michi Nishioka，Septi Perwitasari. Thousand-kilometer-scale wavelike undulations in ionospheric plasma bubble lifetime and development over wide longitudes [J].Geophysical Research Letters, 2026, 53 (6): e2025GL121459. DOI:10.1029/2025GL121459.）。成果受國家重點研發計劃(2025YFF0510702，2025YFE0115800)、國家自然科學基金項目(442020104002，U25A20397, 42404180，42574220，41727803)、名古屋大學國際合作交流項目、中國科學院基礎研究領域青年團隊穩定支持項目(YSBR-018)、中國科學院日地網和子午工程等聯合資助。