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图. 通过DMSP卫星和我国南极中山站极光观测到2017年9月7日南极上空极盖区内出现的跨极盖极光弧图像（投影在地磁与磁地方时坐标系中，从南极上空往下看的效果）
在国家自然科学基金项目（批准号：41874170、41574138、41604139、41431072）资助下，山东大学张清和教授、中国科学院国家空间科学中心王赤研究员及美国约翰霍普金斯大学张永良研究员带领的科研团队，基于美国“国防气象卫星”（DMSP）和我国南极中山站地基观测，采用三维磁流体力学模拟的方法，发现了极光弧形成的新机制。研究成果以“跨极盖多重极光弧揭示地球磁尾耦合过程的新认识（Multiple transpolar auroral arcs reveal new insight about coupling processes in the Earth’s magnetotail）”为题，于6月29日发表在《美国科学院院刊》（PNAS）上，论文链接：https://www.pnas.org/content/early/2020/06/23/2000614117。
“跨极盖极光弧”是发生在地球南北极高纬地区的一类弧状极光现象，常常发生在地磁平静时期，是太阳风-磁层-电离层耦合在极区电离层的典型踪迹之一。由于磁层、电离层空间的浩大、极区自然环境的恶劣，致使观测资料缺乏，跨极盖极光弧尤其是跨极盖多重极光弧的形成机理至今仍不清楚。
针对这一科学问题，该团队聚焦极区电离层-磁层耦合及其空间天气效应等国际热点和难点开展了系统性的研究工作。基于磁层月球轨道卫星、电离层卫星和我国南北极地面台站的观测，应用高时空分辨率三维太阳风-磁层-电离层耦合磁流体力学进行了数值模拟。该团队发现，2017年9月7日，南极上空的极盖区内出现了多达六条以上明亮的跨极盖极光弧现象（亮度比极光椭圆内的极光还强，而通常情况下极盖区是没有明显极光的，极光大都发生在极光椭圆内）。经观测与模拟对比分析发现，在该平静期内，较强的太阳风与磁层发生相互作用并在磁层边界层以及磁尾内部形成了多条拉伸的对流剪切片，进而在地球的磁尾产生多条拉长的场向电流片（长达几十甚至上百个地球半径），这些电流片能有效的加速局地电子，使这些电子沿磁力线运动并沉降到极区电离层进而形成跨极盖多重极光弧。该团队还发现这类因发生在磁层的对流剪切而形成极光弧，其形成机制可能对极区所有极光弧的形成都普遍适用。
该研究发现了极光弧形成的新机制，揭开了地球南北极“跨极盖多重极光弧”的神秘面纱，提升了人们对极光弧形成的认知。