前沿交叉科学研究院科学智能团队在Geoscience Letters发文首次确认超级磁暴期间等离子体层顶周期性振荡

本站讯  山东大学威海前沿交叉科学研究院科学智能研究团队在《Geoscience Letters》发表题为“Occurrence of periodic plasmapause oscillations in response to a record-breaking superstorm”的研究成果，首次确认超级磁暴期间等离子体层顶周期性振荡。我院卓优博士后周一甲博士为该论文的第一作者，刘健教授和空间科学与技术学院史全岐教授为共同通讯作者。

等离子体层顶是地球内磁层的关键边界，其动态行为显著影响着磁层-电离层耦合。以往研究表明，在中等强度磁暴期间（SYM-H约-65至-270 nT），被侵蚀的等离子体层顶会产生周期性的表面波振荡（PSWs），并在电离层中表现为极光“巨浪”（GUs）。但等离子体层顶在极端磁暴条件下是否仍能维持这种振荡模式，此前尚不清楚。2024年5月10-11日的超级磁暴（SYM-H<-500 nT）是近20年来最强的地磁暴事件，为本研究提供了前所未有的观测窗口。

本研究利用THEMIS-A、ERG、DMSP及Swarm-A等多颗卫星的协同观测，结合地面磁力计数据，首次证实了极端磁暴条件下等离子体层顶的周期性振荡。THEMIS-A和ERG卫星的现场观测显示，磁暴主相期间等离子体层顶被极度侵蚀至约2 R_E；DMSP卫星极光影像首次捕捉到前所未有的“超级巨浪”（SGUs），其经向振幅达~1600 km、波长~1420 km，约为此前报道最大GUs的两倍，赤道向峰值延伸至~44^o MLAT，刷新了GUs最低纬度记录；共轭地面台站同时探测到频率为0.3-0.6 mHz的周期性磁场扰动，包含占主导的环向和极向模，与PSWs集体模特征一致。将GUs投影到磁赤道面后，其波形与模型及现场观测的等离子体层顶位置吻合，最大径向振幅达1.4 R_E。

本研究表明，无论磁暴强度如何，等离子体层顶的周期性振荡都是内磁层对外部爆炸性能量输入的一种本质且系统性的响应方式。研究发现，尽管SGUs振幅和波长显著增大，其激发区域仍稳定在18-19 h MLT，与典型磁暴一致，表明激发机制具有普适性。现有全球耦合模型尚未能自洽地产生极端磁暴条件下的PSWs-GUs现象，本研究结果为模型的改进提供了关键的观测约束，也为深入理解极端空间天气下磁层-电离层耦合提供了全新视角。

该研究成果获得国家自然科学基金、中国博士后基金和中科院青年创新促进会的联合资助。

原文下载链接：https://doi.org/10.1186/s40562-026-00490-1