中尺度电离层行进式扰动（MSTIDs）是电离层中一种典型的空间天气现象，表现为电子密度在空间上的准周期性波动。该类现象通常由低层大气波动上传、高能粒子注入、电动力学过程等多种机制共同作用引发，对无线电通信、卫星导航定位等系统具有显著影响，因此一直是空间物理和电离层研究的热点问题。
近年来，随着子午工程二期中国双子极光雷达网（CN-DARN）的建成和运行，我国在中纬度地区电离层探测能力显著提升。该雷达网与日本北海道的雷达设备协同观测，为研究MSTIDs在亚洲地区的传播特性及其物理机制提供了前所未有的数据支持。
中国科学院国家空间科学中心太阳活动与空间天气重点实验室王赤研究员团队的张佼佼研究员、博士生李航等人，联合日本名古屋大学Nozomu Nishitani副教授，利用高频雷达、气辉成像仪和GNSS-TEC等多源数据，首次追踪到一类从日本向我国境内传播的西南向MSTIDs事件，并揭示其在传播过程中存在强烈的电离层E层和F层耦合过程。
图1 2022 年 9 月 1 日（a）日本北海道东雷达（HOK）,（b）北海道西雷达（HKW）,（c）我国四子王东雷达（SZE） 和（d）四子王西雷达（SZW）的水平波束谱。kx 和 ky 分别为南北向和东西向波数。
研究进一步在高频雷达的近场回波中识别出MSTIDs周期性结构内存在着众多小尺度不规则体（十米级），深入分析认为MSTIDs内所产生的极化电场可激发梯度漂移不稳定性，这种不稳定性可能是MSTIDs结构内形成这类小尺度不规则结构的主要原因。这一发现对理解电离层中能量传输与耦合机制具有重要科学意义，也为空间环境建模和扰动预警提供了新的观测依据。
图2 日本北海道东雷达（HOK）和我国四子王东雷达（SZE）在2022年9月1日的后向散射功率和多普勒速度图，展示了E区和F区的准周期电离层回波以及MSTIDs内部的小尺度不规则体。
该研究得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金基础科学中心项目、国家自然科学基金面上项目的支持，成果发表于国际权威期刊《Journal of Geophysical Research: Space Physics》。论文第一作者为博士生李航，通讯作者为张佼佼研究员。
论文链接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2025JA033978