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2022年1月15日湯加火山（20.54°?S, 175.38°?W）噴發(fā)被認(rèn)為是自1883年喀拉喀托火山（Krakatau）以來最強(qiáng)的噴發(fā)事件，該災(zāi)害性事件導(dǎo)致了地震、海嘯和劇烈的大氣擾動(dòng)，引發(fā)了學(xué)界廣泛關(guān)注。過往關(guān)于火山噴發(fā)的影響研究主要集中在中間層以下的低層大氣和電離層方向，對(duì)于熱層大氣響應(yīng)的研究則鮮有報(bào)道。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院、深空探測(cè)實(shí)驗(yàn)室雷久侯教授研究團(tuán)隊(duì)與德國波恩大學(xué)和美國麻省理工學(xué)院合作，基于星載加速度計(jì)數(shù)據(jù)反演熱層大氣密度，首次報(bào)道了湯加火山噴發(fā)激發(fā)的熱層大氣波動(dòng)和全球尺度的熱層大氣密度擾動(dòng)現(xiàn)象，證實(shí)了地表附近的火山噴發(fā)事件足以對(duì)衛(wèi)星所在高度（~500 km）大氣層產(chǎn)生顯著影響，將火山影響拓展至太空區(qū)域。

圖1湯加火山噴發(fā)導(dǎo)致的火山附近大氣密度降低區(qū)域（Depletion），和火山對(duì)跖點(diǎn)、美洲-大西洋西部附近密度增強(qiáng)區(qū)域（Enhancement）。

研究表明，湯加火山噴發(fā)導(dǎo)致火山附近出現(xiàn)大尺度的大氣密度耗空區(qū)域，范圍覆蓋太平洋西部及印度洋東部；在火山對(duì)跖點(diǎn)，熱層大氣密度則顯著增強(qiáng)，范圍覆蓋非洲北部及歐洲?；鹕絿姲l(fā)事件導(dǎo)致的密度增加（降低）幅度約150%，與一次中等強(qiáng)度磁暴對(duì)熱層大氣的影響相當(dāng)（圖1）。

圖2火山噴發(fā)激發(fā)的全球傳播的熱層大氣波動(dòng)匯聚于湯加火山對(duì)跖點(diǎn)，并進(jìn)一步發(fā)散繼續(xù)傳播示意圖。

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步分析表明，湯加火山噴發(fā)激發(fā)了速度范圍為200-450 m/s的多個(gè)波模的熱層大氣波動(dòng)。熱層大氣波動(dòng)以湯加火山為中心呈同心圓狀向全球傳播，部分波?？蓚鞑ゲR聚至火山對(duì)跖點(diǎn)，進(jìn)一步從對(duì)跖點(diǎn)發(fā)散繼續(xù)傳播。根據(jù)傳播速度特征，熱層大氣波動(dòng)可能與低層大氣重力波、Lamb波以及海嘯波能量向上傳輸有關(guān)。

該成果以“Large-scale disturbances in the upper thermosphere induced by the 2022 Tonga volcanic eruption”為題，發(fā)表在地球科學(xué)領(lǐng)域國際著名學(xué)術(shù)期刊Geophysical Research Letters上。GRL審稿人以“To the best of my knowledge, this is the first study reporting in-situ thermospheric observations of volcanic-eruption-induced perturbations (not only for Tonga event), representing a significant and important contribution to the field.”高度評(píng)價(jià)了這一工作。

論文第一作者為博士后李若曦，通訊作者為雷久侯教授。合作者包括德國波恩大學(xué)Jürgen Kusche教授，美國麻省理工學(xué)院Shun-Rong Zhang研究員等。該工作得到了國家自然科學(xué)基金基礎(chǔ)中心、重點(diǎn)項(xiàng)目以及中國科學(xué)院青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1029/2022GL102265

（地球和空間科學(xué)學(xué)院、深空探測(cè)實(shí)驗(yàn)室、科研部）