2022 年 1 月 15 日，南太平洋島國湯加的洪阿哈阿帕伊島（Hunga Haapai）海底火山發(fā)生猛烈噴發(fā)，引發(fā)了波及全球的海嘯。這是人類有記錄以來最強烈的火山噴發(fā)之一，其造成的大氣沖擊波環(huán)繞了地球四圈，噴發(fā)羽流高度超過 50 多公里。

圖 1: 從海上拍攝到的湯加火山爆發(fā)畫面 ( 來源 : 中國新聞社 )

湯加火山爆發(fā)還引起了強烈的電離層震蕩。中國科學院國家空間科學中心太陽活動與空間天氣重點實驗室王赤院士團隊的張佼佼研究員與徐寄遙研究員等合作者，利用相干散射雷達和數(shù)字測高儀探測到此次火山爆發(fā)引起的北半球兩組特征明顯不同的電離層震蕩。第一組電離層震蕩比引起海嘯的大氣壓力波提前 3 個多小時被觀測到。研究發(fā)現(xiàn)，第一組電離層震蕩的源區(qū)在火山爆發(fā)的北半球共軛點，火山爆發(fā)產生的電場通過磁力線共軛作用被迅速傳遞到北半球共軛點并造成北半球電離層震蕩。在這一階段，亞洲扇區(qū)高頻雷達探測到最大的電離層震蕩多普勒速度超過 100m/s，發(fā)生在電離層 F 區(qū)。探測到的第二組電離層震蕩源區(qū)在火山爆發(fā)處，主要由火山爆發(fā)產生的大氣壓力波直接傳播到北半球，通過大氣中性成分與電離成分相互碰撞引起，這一階段最大電離層震蕩多普勒速度超過 150m/s，發(fā)生在電離層 E 區(qū)，電離層震蕩速度隨高度升高而減弱。通過高頻雷達與數(shù)字測高儀聯(lián)合觀測還發(fā)現(xiàn)火山爆發(fā)引起的電離層垂直高度最大抬升約 100 公里，電離層最大垂直運動速度超過 60m/s。

圖 2. 湯加火山（紅色三角）與其磁共軛點（紅色圓點）位置，用于觀測的北半球高頻相干散射雷達視野范圍，數(shù)字測高儀位置用黑色圓點表示。

該項研究利用高頻雷達觀測火山爆發(fā)引起的劇烈電離層震蕩；發(fā)現(xiàn)通過磁力線共軛作用，電離層震蕩比大氣壓力波提前 3 個多小時到達北半球；揭示電離層對地表劇烈爆發(fā)性活動的響應機制，在提升海嘯等地面災害的空間預警能力方面具有潛在的應用價值。

圖 2. 高頻相干散射雷達與數(shù)字測高儀聯(lián)合觀測火山爆發(fā)引起的電離層震蕩。

文章近日在國際期刊 Geophysical Research Letters 上發(fā)表。審稿人對該項研究給出高度評價：" 我相信這是第一次使用相干散射雷達探測火山爆發(fā)引起的電離層擾動的研究。這項研究提供了一種與常用的全球導航衛(wèi)星系統(tǒng) TEC 觀測不同的視角，為科學界使用豐富多樣的觀測技術來探測湯加火山爆發(fā)（或任何其他自然災害事件）引起的電離層擾動帶來啟發(fā)。"