来自电离层的信号可以改善海啸预报

华盛顿大学的新研究表明，来自高层大气的信号可以改善海啸预报，并有朝一日帮助追踪火山喷发后的火山灰羽流和其他影响。

一项新研究分析了今年早些时候在南太平洋发生的HungaTonga-HungaHa'apai喷发。2022年1月15日的火山喷发是现代设备记录到的最大规模的一次。火山灰覆盖了整个地区。海啸波在汤加岛上造成破坏并造成至少三人死亡。它还具有意想不到的远距离影响。

一个多世纪以来，没有一次火山喷发引发过全球范围的海啸。最初预测水下喷发引发的海啸只是区域性灾害。相反，海浪远至秘鲁，导致两人溺水身亡。

今年秋天发表在《地球物理研究快报》上的这项新研究的结果使用来自电离层的证据来帮助解释为什么海啸波变得比模型预测的更大和传播得更快。

“这是自1883年喀拉喀托火山喷发以来最强烈的火山喷发，它的很多方面都是出乎意料的，”华盛顿大学地球与空间科学博士生、主要作者杰西卡根特说。“我们使用了一种新的监测技术来了解这里发生的事情，并了解我们如何监测未来的自然灾害。”

她将于12月14日星期三在芝加哥举行的美国地球物理联合会年会上以海报形式展示这项工作，并在当天下午的会议上展示这项工作。

海啸的发生非常罕见，依赖于数量有限的验潮仪和海洋传感器的预测模型仍在完善中。这项研究是一个新兴研究领域的一部分，该研究探索使用GPS信号穿过大气层来跟踪地面事件。

一场大地震，或者在这种情况下是一次巨大的火山喷发，会在大气中产生压力波。当这些压力波从大约50到400英里的高度穿过电子和离子自由漂浮的区域(称为电离层)时，粒子会受到干扰。GPS卫星将坐标传送回地球，发射一个略微改变的无线电信号来跟踪干扰。

“其他团体一直在研究电离层以监测海啸。我们有兴趣将其应用于火山学，”威斯康星大学地球与空间科学研究科学家布伦丹·克罗威尔(BrendanCrowell)说。“汤加的这次喷发让我们的研究进入了超速状态。有一次大火山喷发和海啸——通常你会研究其中之一。”

在这项新研究中，研究人员分析了全球导航卫星系统中的818个地面站，该系统包括GPS和其他卫星，位于南太平洋周围，以测量火山喷发后数小时内的大气扰动。结果支持了火山爆发产生的音爆使海啸波变得更大更快的假设。海浪受到火山喷发产生的大气压力波的额外推动。研究人员表示，最初的海啸预报并未包括这种额外的推动力，因为火山引发的海啸非常罕见。

“海啸通常可以以每秒220米或每小时500英里的速度在公海中传播。根据我们的数据，这次海啸波以每秒310米或每小时700英里的速度移动，”根特说。

作者能够分离喷发的不同方面——声波、海浪和其他类型的压力波——并检查它们与地面观测站的准确性。

“这些信号的分离，从声波到海啸，是我们着手寻找的，”根特说。“从危害监测的角度来看，它证实了我们对利用电离层的希望。这一不寻常的事件让我们相信有一天我们可能会利用电离层实时监测危害。”

虽然汤加火山喷发并没有喷出太多火山灰，但根特和克罗威尔表示，全球导航卫星系统信号可用于其他方式，以准确追踪火山灰羽流。

向上看监测火山和海啸很有吸引力，因为地面监测在太平洋西北地区和其他地区面临挑战。必须维护和修理传感器，冰雪会阻挡信号或造成损坏，进入监测站可能很困难。

更重要的是，“野生山羊可以吃掉地面仪器的电缆，因为山羊喜欢盐，”根特说。“如果你有办法在不实际到场的情况下监控一个区域，那么你就真的打开了一扇大门，可以全年监控它，帮助保护世界各地人们的安全。”