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中科院团队探测汤加火山引起电离层震荡 促地面灾害空间预警研究

时间:1个月前   阅读:6

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北京10月21日电 (记者 孙自法)记者21日从中国科学院(中科院)国家空间科学中心获悉,今年1月中旬汤加海底火山发生猛烈喷发后,该中心科研团队利用高频相干散射雷达和数字测高仪,成功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,相关探测成果将推动地面灾害的空间预警研究,对提升地面灾害的空间预警能力有重要意义。

  这项探测汤加火山爆发引起电离层剧烈震荡的研究,由中科院国家空间科学中心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实验室徐寄遥研究员等合作者共同完成,研究成果论文近日在国际专业学术期刊《地球物理研究通讯》(Geophysical Research Letters,GRL)上发表。

  论文审稿人高度评价中国科学家团队的研究工作称,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,该项研究提供了一种与常用的全球导航卫星系统电子浓度总含量(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。

  王赤院士表示,本项研究概括起来主要有三方面成果:一是利用高频雷达观测火山爆发引起的剧烈电离层震荡;二是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;三是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。

  科研团队介绍说,他们利用高频相干散射雷达和数字测高仪,探测到汤加火山爆发引起的北半球两组特征明显不同的电离层震荡,这两组电离层震荡的产生机制也完全不同。

  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的北半球磁共轭点,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米/秒(m/s),发生在电离层F区。

  探测到的第二组电离层震荡随着大气压力波的到来而被观测到,其源区位于火山爆发处,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米/秒,发生在电离层E区,电离层震荡速度随高度升高而减弱。

  科研团队通过高频雷达与数字测高仪联合观测还发现,此次汤加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米/秒。

  据了解,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4圈,喷发羽流高度超过50多公里。此次火山爆发产生的全球影响一直备受关注,也吸引全球科学家持续开展相关研究并揭示各种观测现象背后的物理机制,相关研究成果进一步提升了人们对地球系统的认识和理解。

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