重力波是中高層大氣中無時不在的大氣擾動現(xiàn)象，重力波的產(chǎn)生、傳播、和耗散過程對于中高層大氣的動力學、光化學、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烈擾動事件（例如：地震、火山、臺風、雷暴等）是引起中高層大氣強烈重力波的重要產(chǎn)生源，同時重力波的傳播過程還受到背景大氣風場和溫度等因素的影響，反過來又會影響或者改變背景大氣狀態(tài)，所以對它的觀測和研究非常重要。
2022年1月15日04:14:54 UT，位于南太平洋島國湯加(Tonga)王國境內(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制提供了天然的實驗樣本。
中國科學院國家空間科學中心空間天氣學國家重點實驗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探測器在2022年1月份測量的溫度數(shù)據(jù)，結(jié)合本團隊去年發(fā)布的全球平衡風數(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。
觀測研究發(fā)現(xiàn)，火山爆發(fā)引起的重力波振幅超過30K (是通常狀況的2倍)，單位質(zhì)量的動量通量為4–320 m2s-2。我們與其它的火山和低層大氣劇烈事件進行了對比研究，發(fā)現(xiàn)湯加火山引起的動量通量是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Matthew引起的動量通量的3–10倍。重力波的主要垂直波長為13.9–25.5 km，水平相速度為44–81 ms-1。該重力波是一類強烈的相對慢速的重力波，它明顯不同于對地觀測衛(wèi)星和GNSS-TEC觀測中發(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強點源產(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的測量點分布(a)和強重力波剖面對(b)。a中彩色測量點表示振幅超過20 K的強重力波，紅色和藍色虛線分別表示距離火山2000和4000 km；b的下方標出了強重力波剖面對的位置(緯度[Lat]，經(jīng)度[lon]，與火山之間的距離[D]和時間差[TD])。
