空间中心科研人员利用气辉台网观测研究汤加火山爆发引起的中高层大气 波动的长距离传播取得新进展

岩石圈-海洋-大气圈层-近地空间耦合是当前日地空间物理研究的前沿科学问题。发生于2022年1月15日剧烈的汤加火山爆发，不仅激发了传遍全球的大气和电离层扰动，同时也引发了区域广泛的海啸，中国科学院国家空间科学中心太阳活动与空间天气重点实验室中高层大气和电离层研究室的李钦增副研究员和徐寄遥研究员等人利用子午工程气辉台网的观测，与新西兰科学院地质核物理研究所以及美国国家大气中心科学家合作，对此次火山爆发引发的海洋-大气各圈层耦合进行了深入的观测研究。

通过气辉台网，共计观测到传播距离接近10000公里的两类波动，一类是表现为大气声波模式的Lamb wave，该类波动已被广泛报道。该项研究的重要发现是我们通过气辉台网观测到另一类大范围长距离传播的大气重力波模式。研究发现，气辉台网观测到的大气重力波是由汤加火山导致的大范围海啸与大气相互作用引发的。汤加火山喷发引发了两种类型的海啸，一种是有大气压力波引发的快速传播的海啸，速度接近声速，另一种是火山喷发自身引发的海面位移产生的海啸，这两种海洋波动都会产生中高层大气的重力波。图1给出了汤加火山爆发引发的两种海啸的模拟结果。通过射线追踪对气辉观测到重力波的溯源（图2），进一步验证了汤加火山引发的海啸是大气重力波的激发源，同时也发现其水平尺度与海啸尺度较一致。研究还证实了厘米级的海啸扰动，可以在90km高度产生强烈振幅的重力波。

图1. 模拟的汤加火山引发的两种海啸。左图：大气压力波激发的海啸，右图：汤加火山喷发直接引发的海啸。

图2. 射线追踪对气辉观测到重力波的溯源。左图：气辉观测到的中高层大气波动，右图：临近我国沿海的海洋波动。

该项工作给出了火山喷发通过海-气相互作用可以引起中高层大气大范围长距离传播的波动，对于岩石圈-海洋-大气相互耦合机制的研究以及海洋-大气耦合物理模式的建立具有重要意义。该研究成果于近期发表在国际学术期刊Atmospheric Chemistry and Physics上。

文章链接:

Li, Q., Xu, J., Gusman, A. R., Liu, H., Yuan, W., Liu, W., Zhu, Y., and Liu, X.: Upper-atmosphere responses to the 2022 Hunga Tonga–Hunga Ha′apai volcanic eruption via acoustic gravity waves and air–sea interaction, Atmos. Chem. Phys., 24, 8343–8361, https://doi.org/10.5194/acp-24-8343-2024, 2024.

（供稿：天气室）