开尔文-亥姆霍兹不稳定性（KHI）是一种典型的流体不稳定性，由流体层交界处的速度剪切引发。KHI与多种自然现象密切相关，如翻滚的海浪、波浪云、木星红斑等。不同空间尺寸的KHI 广泛分布于地球中低层大气，并延伸至热层（电离层）区域，其水平波长通常为10米至20千米甚至更大。在中低纬度地区，导致电离层中偶发E层形成的风剪切机制为触发KHI提供了有利条件。然而，受限于常规探测手段分辨率不足，低纬电离层中的KHI结构特征一直缺乏直接观测。
中国科学院地质与地球物理研究所乐新安研究团队联合国外学者，基于三亚非相干散射雷达，发展了宽带线性调频技术的电离层电子密度多波束探测模式，实现了距离分辨率37.5米，时间分辨率50秒的超高分辨电子密度探测，于2024年9月23日首次直接探测到嵌入在电离层偶发E层中的KHI结构（视频1），揭示了KHI三维的周期性波浪结构及其时间演化过程。探测结果揭示了KHI调制偶发E层的特征，包括：1）早期高度上±150米的正弦波动和垂直宽度约1~3千米的波浪结构；2）3~8分钟准周期的水平不规则结构，伴随电子密度和厚度的明显提升；3）不规则结构不会完全破坏偶发E层，等离子体仍然被困在潜在的风切变区域。该研究证明了准周期回波与KHI调制偶发E层的密切关系，并首次在直接观测中展现了KHI通过水平迁移调制电离层等离子体的过程，解释了KHI引发低纬电离层E区不规则体的机制。
该研究成果发表于国际学术期刊GRL（王俊逸，乐新安*，蔡毅徽，丁锋，周旭，Jorge L. Chau, David C. Fritts, Juha Vierinen, Alan Z. Liu. Direct Kelvin-Helmholtz Instability Detection at the Ionospheric E Region Electron Density [J]. Geophysical Research Letters, 2025, 52, e2025GL116932. DOI: 10.1029/2025GL116932.）。该研究受国家自然科学基金（42425403, 42304191）、中国科学院基础研究领域青年团队稳定支持项目（YSBR-018）、中国科学院战略性先导科技专项B类（XDB0780000）以及子午工程的共同资助。
视频1. 2024年9月23日三亚非相干散射雷达在105~125千米范围内探测的偶发E层的电子密度及嵌入其中的KHI波浪结构