中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)雷久侯教授課題組聯(lián)合美國麻省理工學(xué)院Haystack觀象臺(tái)張順榮研究員，結(jié)合數(shù)值模擬與衛(wèi)星觀測(cè)，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(guān)成果以“Were Gravity Waves or Lamb Waves Responsible for the Large-Scale Thermospheric Response to the Tonga Eruption”為題于4月3日發(fā)表在國際知名期刊《AGU Advances》，并入選美國地球物理學(xué)會(huì)（AGU）會(huì)刊《Eos》亮點(diǎn)論文（Editors’Highlights）。

圖.2022年1月15日湯加火山噴發(fā)期間，GRACE-FO衛(wèi)星探測(cè)的沿軌道中性大氣密度（單位：10?12 kg/m3）及HIAMCM模擬的大氣溫度變化（單位：K）。

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(cè)時(shí)代以來最強(qiáng)火山活動(dòng)之一。這場(chǎng)“世紀(jì)噴發(fā)”不僅在地表引發(fā)了地震、海嘯以及對(duì)流層大氣擾動(dòng)，更在數(shù)小時(shí)內(nèi)波及高達(dá)500公里的衛(wèi)星軌道高度大氣層。研究團(tuán)隊(duì)利用GRACE-FO低軌道衛(wèi)星探測(cè)的熱層密度擾動(dòng)信號(hào)，結(jié)合對(duì)大氣擾動(dòng)傳播路徑的完整模擬與重建，還原了能量傳輸?shù)年P(guān)鍵過程。

湯加火山噴發(fā)形成的巨大羽流突破對(duì)流層和平流層，同時(shí)激發(fā)了初級(jí)重力波（Primary GWs）；初級(jí)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(zhǎng)更長(zhǎng)、傳播更遠(yuǎn)的次級(jí)重力波（Secondary GWs）。這一系列重力波如同“能量接力棒”，將地表擾動(dòng)能量持續(xù)向上傳輸，直達(dá)空間站高度的熱層區(qū)域，形成了顯著的大尺度熱層波動(dòng)，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(duì)較小，約為次級(jí)重力波的四分之一。

這項(xiàng)研究不僅深化了學(xué)術(shù)界對(duì)地表強(qiáng)擾動(dòng)事件如何影響空間環(huán)境的認(rèn)識(shí)，也為高層大氣模式優(yōu)化、近地飛行器軌道定位與預(yù)報(bào)奠定理論基礎(chǔ)。

論文第一作者為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)特任副研究員李若曦，通訊作者為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)雷久侯教授。該成果得到了國家自然科學(xué)基金委卓越創(chuàng)新群體（基礎(chǔ)科學(xué)中心）、中國科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)、中國科學(xué)院B類先導(dǎo)專項(xiàng)等項(xiàng)目支持。

論文信息：Li, R., Lei, J., Zhang, S. R., Liu, F., Chen, X., Luan, X., & Meng, X. (2025). Were Gravity Waves or Lamb Waves Responsible for the Large-Scale Thermospheric Response to the Tonga Eruption? AGU Advances, 6(2), e2024AV001470.

論文鏈接：https://doi.org/10.1029/2024AV001470

《Eos》是美國地球物理學(xué)會(huì)的重要新聞平臺(tái)，其“Editors’ Highlights”欄目專注于報(bào)道AGU旗下期刊中具有重大科學(xué)價(jià)值和廣泛影響力的研究成果。論文相關(guān)的《Eos》新聞鏈接：https://eos.org/editor-highlights/tongas-volcanic-fury-ripples-to-the-netherworld

（地球和空間科學(xué)學(xué)院、科研部）

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