重力波是中高層大氣中無(wú)時(shí)不在的大氣擾動(dòng)現(xiàn)象，重力波的產(chǎn)生、傳播、和耗散過(guò)程對(duì)于中高層大氣的動(dòng)力學(xué)、光化學(xué)、輻射、以及能量收支產(chǎn)生重要影響。巖石圈以及低層大氣強(qiáng)烈擾動(dòng)事件（例如：地震、火山、臺(tái)風(fēng)、雷暴等）是引起中高層大氣強(qiáng)烈重力波的重要產(chǎn)生源，同時(shí)重力波的傳播過(guò)程還受到背景大氣風(fēng)場(chǎng)和溫度等因素的影響，反過(guò)來(lái)又會(huì)影響或者改變背景大氣狀態(tài)，所以對(duì)它的觀測(cè)和研究非常重要。
2022年1月15日04:14:54 UT，位于南太平洋島國(guó)湯加(Tonga)王國(guó)境內(nèi)Hunga Ha'apai火山島附近的海底火山(175.39°W，20.55°S)發(fā)生猛烈噴發(fā)(VEI=6)，將水汽和火山灰推送至平流層，并產(chǎn)生強(qiáng)烈的聲波和重力波。本次湯加火山爆發(fā)為探索聲波和重力波在巖石圈、水圈以及大氣各圈層的耦合機(jī)制提供了天然的實(shí)驗(yàn)樣本。
中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心空間天氣學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中高層大氣組徐寄遙研究員和劉曉教授等人合作利用TIMED衛(wèi)星上搭載的SABER探測(cè)器在2022年1月份測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)，結(jié)合本團(tuán)隊(duì)去年發(fā)布的全球平衡風(fēng)數(shù)據(jù)和重力波提取方法，研究了湯加火山爆發(fā)引起的平流層、中間層、和低熱層的重力波活動(dòng)。
觀測(cè)研究發(fā)現(xiàn)，火山爆發(fā)引起的重力波振幅超過(guò)30K (是通常狀況的2倍)，單位質(zhì)量的動(dòng)量通量為4–320 m2s-2。我們與其它的火山和低層大氣劇烈事件進(jìn)行了對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)湯加火山引起的動(dòng)量通量是2021年8月31日Fukutoku-Okanoba火山(141.49°E, 24.28°N)爆發(fā)(VEI=4)以及 2016年10月份颶風(fēng)Matthew引起的動(dòng)量通量的3–10倍。重力波的主要垂直波長(zhǎng)為13.9–25.5 km，水平相速度為44–81 ms-1。該重力波是一類強(qiáng)烈的相對(duì)慢速的重力波，它明顯不同于對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星和GNSS-TEC觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)的水平相速度約為310 ms-1的Lamb波和~230-260 ms-1的快速重力波。
這一發(fā)現(xiàn)使我們更加豐富了對(duì)強(qiáng)點(diǎn)源產(chǎn)生的各種聲波和重力波的廣譜特性和傳播特性的了解。
該研究成果于近期發(fā)表在國(guó)際著名期刊Geophysical Research Letters上。
Citation：Liu, X., Xu*, J., Yue, J., & Kogure, M. (2022). Strong Gravity Waves associated with Tonga Volcano Eruption Revealed by SABER Observations. Geophysical Research Letters, 49, e2022GL098339. https://doi.org/10.1029/2022GL098339
圖1：湯加火山(紅色五角星)后SABER的測(cè)量點(diǎn)分布(a)和強(qiáng)重力波剖面對(duì)(b)。a中彩色測(cè)量點(diǎn)表示振幅超過(guò)20 K的強(qiáng)重力波，紅色和藍(lán)色虛線分別表示距離火山2000和4000 km；b的下方標(biāo)出了強(qiáng)重力波剖面對(duì)的位置(緯度[Lat]，經(jīng)度[lon]，與火山之間的距離[D]和時(shí)間差[TD])。
（供稿：天氣室）
