中國科學技術大學團隊揭秘湯加火山噴發(fā)如何撼動全球高層大氣

中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 方夢宇）記者近日從中國科學技術大學獲悉，該校雷久侯教授團隊聯(lián)合國際同行，結(jié)合數(shù)值模擬與衛(wèi)星觀測，揭示了湯加火山噴發(fā)能量跨越大氣多圈層傳播并影響低軌道衛(wèi)星高度的大氣層的物理過程。相關成果發(fā)表在《美國地球物理學會進展》，并入選美國地球物理學會會刊《Eos》亮點論文。

2022年1月15日，南太平洋湯加海底火山劇烈噴發(fā)，其噴發(fā)羽流高度超過57公里，成為衛(wèi)星觀測時代以來最強火山活動之一。這場“世紀噴發(fā)”不僅在地表引發(fā)了地震、海嘯以及對流層大氣擾動，更在數(shù)小時內(nèi)波及高達500公里的衛(wèi)星軌道高度大氣層。研究團隊利用GRACE-FO低軌道衛(wèi)星探測的熱層密度擾動信號，結(jié)合對大氣擾動傳播路徑的完整模擬與重建，還原了能量傳輸?shù)年P鍵過程。

模擬表明，湯加火山噴發(fā)形成的巨大羽流突破對流層和平流層，同時激發(fā)了初級重力波；初級重力波向上傳播并逐漸耗散，在低熱層區(qū)域再次激發(fā)出波長更長、傳播更遠的次級重力波。這一系列重力波如同“能量接力棒”，將地表擾動能量持續(xù)向上傳輸，直達空間站高度的熱層區(qū)域，形成了顯著的大尺度熱層波動，并在全球范圍內(nèi)重塑了熱層大氣的分布結(jié)構(gòu)。另外，模擬表明火山噴發(fā)激發(fā)的Lamb波也可上傳并影響高層大氣，然而幅度相對較小，約為次級重力波的四分之一。

研究人員介紹，這項研究不僅深化了學術界對地表強擾動事件如何影響空間環(huán)境的認識，也為高層大氣模式優(yōu)化、近地飛行器軌道定位與預報奠定理論基礎。