2022年1月15日湯加火山(20.54°?S, 175.38°?W)噴發(fā)被認為是自1883年喀拉喀托火山(Krakatau)以來最強的噴發(fā)事件,該災害性事件導致了地震、海嘯和劇烈的大氣擾動,引發(fā)了學界廣泛關注。過往關于火山噴發(fā)的影響研究主要集中在中間層以下的低層大氣和電離層方向,對于熱層大氣響應的研究則鮮有報道。
中國科學技術大學地球和空間科學學院、深空探測實驗室雷久侯教授研究團隊與德國波恩大學和美國麻省理工學院合作,基于星載加速度計數(shù)據(jù)反演熱層大氣密度,首次報道了湯加火山噴發(fā)激發(fā)的熱層大氣波動和全球尺度的熱層大氣密度擾動現(xiàn)象,證實了地表附近的火山噴發(fā)事件足以對衛(wèi)星所在高度(~500 km)大氣層產(chǎn)生顯著影響,將火山影響拓展至太空區(qū)域。
圖1湯加火山噴發(fā)導致的火山附近大氣密度降低區(qū)域(Depletion),和火山對跖點、美洲-大西洋西部附近密度增強區(qū)域(Enhancement)。
研究表明,湯加火山噴發(fā)導致火山附近出現(xiàn)大尺度的大氣密度耗空區(qū)域,范圍覆蓋太平洋西部及印度洋東部;在火山對跖點,熱層大氣密度則顯著增強,范圍覆蓋非洲北部及歐洲?;鹕絿姲l(fā)事件導致的密度增加(降低)幅度約150%,與一次中等強度磁暴對熱層大氣的影響相當(圖1)。
圖2火山噴發(fā)激發(fā)的全球傳播的熱層大氣波動匯聚于湯加火山對跖點,并進一步發(fā)散繼續(xù)傳播示意圖。
研究團隊進一步分析表明,湯加火山噴發(fā)激發(fā)了速度范圍為200-450 m/s的多個波模的熱層大氣波動。熱層大氣波動以湯加火山為中心呈同心圓狀向全球傳播,部分波??蓚鞑ゲR聚至火山對跖點,進一步從對跖點發(fā)散繼續(xù)傳播。根據(jù)傳播速度特征,熱層大氣波動可能與低層大氣重力波、Lamb波以及海嘯波能量向上傳輸有關。
該成果以“Large-scale disturbances in the upper thermosphere induced by the 2022 Tonga volcanic eruption”為題,發(fā)表在地球科學領域國際著名學術期刊Geophysical Research Letters上。GRL審稿人以“To the best of my knowledge, this is the first study reporting in-situ thermospheric observations of volcanic-eruption-induced perturbations (not only for Tonga event), representing a significant and important contribution to the field.”高度評價了這一工作。
論文第一作者為博士后李若曦,通訊作者為雷久侯教授。合作者包括德國波恩大學Jürgen Kusche教授,美國麻省理工學院Shun-Rong Zhang研究員等。該工作得到了國家自然科學基金基礎中心、重點項目以及中國科學院青年團隊計劃等項目的資助。
原文鏈接:https://doi.org/10.1029/2022GL102265
(地球和空間科學學院、深空探測實驗室、科研部)
新聞鏈接:http://news.ustc.edu.cn/info/1055/81730.htm
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