中國科大揭秘湯加火山噴發如何撼動全球高層大氣

記者4月29日從中國科大獲悉，該校雷久侯教授團隊聯合國際同行，結合數值模擬與衛星觀測，揭示了湯加火山噴發能量跨越大氣多圈層傳播并影響低軌道衛星高度的大氣層的物理過程。相關成果發表在《美國地球物理學會進展》，并入選美國地球物理學會會刊亮點論文。

2022年1月15日，南太平洋湯加海底火山劇烈噴發，其噴發羽流高度超過57公里，成為衛星觀測時代以來最強火山活動之一。這場“世紀噴發”不僅在地表引發了地震、海嘯以及對流層大氣擾動，更在數小時內波及高達500公里的衛星軌道高度大氣層。

中國科大研究團隊利用GRACE-FO低軌道衛星探測的熱層密度擾動信號，結合對大氣擾動傳播路徑的完整模擬與重建，還原了能量傳輸的關鍵過程。

模擬表明，湯加火山噴發形成的巨大羽流突破對流層和平流層，同時激發了初級重力波；初級重力波向上傳播并逐漸耗散，在低熱層區域再次激發出波長更長、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向上傳輸，直達空間站高度的熱層區域，形成了顯著的大尺度熱層波動，并在全球范圍內重塑了熱層大氣的分布結構。研究還發現，火山噴發激發的蘭姆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。

據研究人員介紹，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境的認識，也為高層大氣模式優化、近地飛行器軌道定位與預報奠定理論基礎。（記者 陳婉婉）