赤道等离子体泡（EPB）是一种起源于磁赤道上空并沿磁力线映射至低纬地区的大尺度等离子体密度耗空结构。EPB发生时，通常会伴随产生一种等离子体密度增强的斑块结构，一般出现于EPB耗空结构南北两侧（即极侧）的低纬地区。由于一般情况下EPB很难延展至中纬地区，因此该斑块结构极少在中纬观测到。
2024年5月10-12日爆发了近20年来最强烈的地磁暴，磁暴恢复相期间激发了延展至磁纬40°的超级EPB，在东亚-澳大利亚扇区观测到。伴随该超级EPB的出现，同时也观测到大尺度的等离子体密度增强结构，如图1所示，两者相伴向西漂移数千公里，速度约为126 m/s。类似于以往研究中伴随EPB产生的等离子体斑块结构，该等离子体密度增强结构内部的电子总含量超出周边背景值达50 TECu，且在卫星载荷穿过该结构时原位探测的电子密度剖面观测到大范围的电子密度隆起，同时嵌入着EPB不均匀体引起的剧烈密度起伏（图2）。不同于以往的等离子体斑块结构一般出现于EPB结构极侧的低纬狭窄纬度区，该事件中的等离子体密度增强结构由低纬一直延展至中纬，并在某些时刻（如20:00 UT，图1）体现为独特的“壳”状形态包裹着EPB结构，即同时出现在EPB结构的极侧和西侧。因此，该大尺度等离子体密度增强结构可能为伴随超级EPB而产生的超级等离子体斑块结构。
图1 2024年10月11日20:00 UT（左）ROTI地图表征的超级EPB与（右）TEC地图表征的等离子体斑块结构。“A”所示为延展至磁纬40°的超级EPB结构，“X”所示为EPB极侧的等离子体斑块结构，“Y”所示为EPB西侧的等离子体斑块结构，黑色虚线所示为地磁纬度，红色虚线所示为日出线
图2 Swarm和DMSP卫星载荷穿过EPB和等离子体斑块结构时原位探测的电子密度（黑）和温度（红）剖面
分析认为：（1）暴时电场和风场的共同作用导致的背景电子密度增强，为该等离子体斑块结构的产生提供了必要的粒子来源，而EPB的产生及演化调制了等离子体斑块结构的形态；（2）EPB极侧的等离子体斑块结构可能伴随超级EPB结构的极向扩展而产生，即EPB在磁赤道上空产生后等离子体随EPB的向上生长而被“顶”到更高高度，继而由于EPB沿着磁力线向更高纬度映射，等离子体被场向输运至EPB结构的南北两侧而积压形成斑块结构，如图3a-b所示；（3）EPB西侧的等离子体斑块结构可能由EPB结构内部的极化电场驱动产生，即西向倾斜的EPB结构内部产生向上的极化电场分量，该分量随EPB结构映射至中低纬地区后通过E×B为EPB内部的等离子体施加额外的西向驱动力，使得EPB内部等离子体西向漂移速度大于外部，导致等离子体堆积于EPB结构西侧而形成斑块结构，如图3c-d所示。不同区域的电子总含量变化率（ROT）数据记录下了等离子体堆积于EPB西侧的详细过程，如图3e-h所示，为EPB驱动等离子体斑块结构的物理机制提供了观测证据。
图3 (a-d) EPB的产生及演化调制等离子体斑块结构的物理机制示意图；（e-h）不同时刻的电子总含量变化率（ROT）地图，蓝色（负ROT）并伴有红色（正ROT）起伏的区域为以等离子体耗空为主并伴有不均匀体的EPB结构，红色区域表示电子总含量增大，给出了等离子体在EPB西侧堆积的观测证据
该成果首次观测到受超级EPB调制而发生于中纬地区的等离子体斑块结构并提出了相关物理机制，发现该斑块结构不仅可出现于EPB极侧，还可出现于EPB西侧，构成包裹着等离子体“泡”的“壳”状形态，结果表明EPB的产生可导致等离子体耗空结构和增强结构同时出现于中纬和低纬地区，揭示了暴时电离层的异常结构变化，并为更深入地理解雷达观测等离子体密度结构的时空变化提供了启示。
相关研究成果发表于国际学术期刊GRL（孙文杰，李国主*，赵必强，张顺荣，Yuichi Otsuka，胡连欢，代国峰，赵秀宽，解海永，李怡，刘建飞，李瑜，宁百齐，刘立波，Atsuki Shinbori，Michi Nishioka，Septi Perwitasari. Midlatitude plasma blob-like structures along with super equatorial plasma bubbles during the May 2024 great geomagnetic storm [J]. Geophysical Research Letters, 2024, 51 (21): e2024GL111638. DOI:10.1029/2024GL111638.）。成果受国家自然科学基金项目(42020104002)、中国科学院基础研究领域青年团队稳定支持项目(YSBR-018)、中国科学院国际合作项目(批准号:183311KYSB20200003)、中科院日地网和子午工程等联合资助。