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汤加火山爆发引起电离层剧烈震荡

2022年10月20日 星期四 19:52:13

2022年1月15日,南太平洋岛国汤加的洪阿哈阿帕伊岛(Hunga Haapai)海底火山发生猛烈喷发,引发了波及全球的海啸。这是人类有记录以来最强烈的火山喷发之一,其造成的大气冲击波环绕了地球四圈,喷发羽流高度超过50多公里。

汤加火山爆发还引起了强烈的电离层震荡。太阳活动与空间天气重点实验室王赤院士团队张佼佼研究员与徐寄遥研究员等合作者,利用高频相干散射雷达和数字测高仪探测到此次火山爆发引起的北半球两组特征明显不同的电离层震荡。第一组电离层震荡比引起海啸的大气压力波提前3个多小时被观测到。研究发现,第一组电离层震荡的源区在火山爆发的北半球共轭点,火山爆发产生的电场通过磁力线共轭作用被迅速传递到北半球共轭点并造成北半球电离层震荡。在这一阶段,亚洲扇区高频雷达探测到最大的电离层震荡多普勒速度超过100 m/s,发生在电离层F区。探测到的第二组电离层震荡源区在火山爆发处,主要由火山爆发产生的大气压力波直接传播到北半球,通过大气中性成分与电离成分相互碰撞引起,这一阶段最大电离层震荡多普勒速度超过150 m/s,发生在电离层E区,电离层震荡速度随高度升高而减弱。通过高频雷达与数字测高仪联合观测还发现火山爆发引起的电离层垂直高度最大抬升约100公里,电离层最大垂直运动速度超过60 m/s。

该项研究利用高频相干散射雷达和数字测高仪观测火山爆发引起的剧烈电离层震荡;发现通过磁力线共轭作用,电离层震荡比大气压力波提前3个多小时到达北半球;揭示电离层对地表剧烈爆发性活动的响应机制,在提升海啸等地面灾害的空间预警能力方面具有潜在的应用价值。文章近日在国际顶尖期刊Geophysical Research Letters上发表。审稿人对该项研究给出高度评价:“我相信这是第一次使用相干散射雷达探测火山爆发引起的电离层扰动的研究。这项研究提供了一种与常用的全球导航卫星系统TEC观测不同的视角,为科学界使用丰富多样的观测技术来探测汤加火山爆发(或任何其他自然灾害事件)引起的电离层扰动带来启发。”

文章链接:

Zhang, J., Xu, J., Wang, W., Wang, G., Ruohoniemi, J. M., Shinbori, A., Nishitani, N., Wang, C., Deng, X., Lan, A., & Yan, J. (2022). Oscillations of the Ionosphere Caused by the 2022 Tonga Volcanic Eruption Observed With SuperDARN Radars. Geophysical Research Letters, 49(20),e2022GL100555. https://doi.org/https://doi.org/10.1029/2022GL100555



图1. 汤加火山(红色三角)与其磁共轭点(红色圆点)位置,用于观测的北半球高频相干散射雷达视野范围,数字测高仪位置用黑色圆点表示。

图2. 高频相干散射雷达与数字测高仪联合观测火山爆发引起的电离层震荡。

 

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