洪加亚 - 洪加hunga ha'apai爆发的地表到空间大气波

2025-06-24 06:33来源:本站

  图1和2显示了2022年1月15日初爆发触发的羔羊和重力波的传播;图1显示了来自地理操作环境卫星(GON)和MeteoSAT平台的高度集成数据,图2显示了除了GON之外,还显示了来自多种仪器类型的高度分辨测量值。

  在04:00协调的通用时间(UTC)之前,喷发变得可见,羽毛在30分钟内达到200公里,高度超过30公里(参考文献3)。然后,羽流开始上升20-30分钟,大气波在10分钟的近红外地静止图像中变得可见。表面压力数据的反向反射表明,触发源发生在04:28±0:02 UTC,领先的波前在近表面相速度的速度为318.2±6 m s-1(图2C,扩展数据图1C,DC,D和补充视频1)。根据信号的高相速,较大的幅度和非分散性,我们将其视为羔羊波。这种类型的波是非分散性的,观察到的速度与Krakatoa产生的羔羊波一致,估计为318.8.8±3 m s-1。

  匈牙利汤加羔羊波在全球范围内传播,在喷发后穿过阿尔及利亚18.1 h(±7.5分钟)的抗虫点(图1)。到这个时候,波前由于大气和表面过程而变形,并以四个不同的波前为反座(图1M – P)。在接下来的几天里,它被追踪到地球周围至少3次4,26。我们还看到一个微弱的信号在GON数据中与波浪在Andes的第一个过境中部分反射(图1)一致(图1),并且在南美洲的波浪速度放慢了(扩展数据)。

  使用来自大气红外音器(AIRS),跨跟踪红外音器(CRIS)和红外大气音响干涉仪(IASI)极性热红外(IR)声音(特别是4.3μm)对高度敏感的39±5 km和15μm数据敏感的高度敏感的高度敏感,分别是图2a),我们将羔羊波视为大振幅单色脉冲,相位速度在308±5到319±4 m s-1之间,具体取决于位置。我们还将其视为脉冲成像和粒径(CIPS)的脉冲上方,雷利反击异常数据距离爆发后12,300 km,距离为10.75 h,高度约为55±5 km(约55±5 km),相位速度316–319 m s -1,延长的数据图4A),以及9次相距,以及9次相距。4.3小时后(约87±4 km的高度,相位速度318 m s -1)。

  观察到的羔羊波相位的高度和相速度均匀,到至少从表面到上层/下部热层的每个仪器的误差范围内。从理论上讲,羔羊波的能量密度是指定性地衰减高度,观察到的相位速度与根据此能量分布(方法)加权的声速加权的垂直平均值一致。我们的数据可能显示出略有不同的速度在地球上不同方向传播的速度略有不同(例如,在澳大利亚的布鲁姆,我们在澳大利亚的布鲁姆中测量了319 m s-1的西方传播波和316 m s-1的东方,扩展数据图1E),但这在我们的测量不确定性范围内。我们观察到的不对称扰动在符号中是一致的,由于背景风而导致这种变化。

  在羔羊波之后,我们观察到一系列较慢的波浪,它们的速度和水平波长(λH)不断变化,我们将其识别为快速内部重力波的分散数据包(图2A)。这些相位速度在240至270 m s -1之间,随局部λH而变化。领先的相位前部具有最大的幅度和最长的λH,亮度温度(BT)为0.74 K和λH,占380 km的幅度,降至0.15 K,横跨数据包宽度。观察到该数据包延伸约2,000公里,并且在一代后7小时左右在南太平洋可见八个相位周期(扩展数据图5)。我们观察到全球多个轨道,CRIS和IASI的多个轨道上的数据包,在南极洲的CIPS以及夏威夷上方的Airglow(约85 km高度和深度)中。垂直波长(λZ)的定义很差,但非常深:在25至42 km高度的空气观测之间看不到相位差异,并且基于观察到的速度和λH的计算意味着λZ>> 110 km,也就是说,它大于收射层的深度。这些相速度与垂直传播的重力波以接近的速度传播,但略低于总内部反射之前可实现的理论最大速度(方法和扩展数据图6),并且与羊肉波相同的时间和源。

  该领先的重力波数据包在2022年1月16日在00:30至02:30 UTC左右之间穿过反码,即喷发后20-22小时(扩展数据图7a – c),并通过时间窗口确定了宽的时间窗口,通过时间分离不同的λH组件。在观测记录中,从任何形式的单一来源中始终存在着连贯的重力波和整个地球上的扩展。在他们从反座座的返回旅程中,波浪变得难以区分我们间歇性的低地球轨道卫星快照与后来由Hunga Tonga和其他消息来源生产的那些,因此我们无法将它们跟踪到它们的灭绝。

  初始羔羊波和随后的重力波之间的缝隙随时间增长。这与理论上预测的外部羔羊波和内部重力限制之间的禁忌相位速度范围一致(扩展数据图6)。间隙中存在两个较小的振幅波前。这些以与领先的羔羊波前相同的速度传播,但追溯到不同的原点时间(图2A和扩展数据图4B)。因此,我们将其识别为由随后的较小爆炸触发的羔羊波,在局部表面压力中也观察到,图8的扩展数据)。

  电离层数据(图2D和扩展数据图3)显示了与较低大气的关键差异。在新西兰,我们看到了三个大型旅行电离层干扰(TID),具有(1)667 m s -S -1,1,000 km,0.1总电子含量单位(TECU)的相位速度,λH和振幅;(2)414 m s -1,700 km,0.4 tecu和(3)343 m s -1,400 km和> 0.3 tecu。这些波的速度和传播方向与04:15至05:00之间的Hunga Tongan源一致,但它们不共享其他大气层中羔羊波的到达时间,相位速度或λH。因此,我们没有将这些潮流识别为羔羊波。然而,在06:15看到强烈而短的总电子含量(TEC)调制,幅度超过0.6 tecu,这与羔羊波的预期到达时间和短期一致。

  我们看不到北美上的TID 1,但确实看到一个与TID 2和另一个TID(4)一致的信号,相位速度约为311 m s -1,这与以后在Tonga上测得的表面压力扰动是一致的。我们再次在预期的羔羊波到达时看到了强大的TEC调制。

  TIDS 1和2的特性与悬而未决的路径重力波不一致,但这些TID可以通过间接路径到达观察到的位点,例如,通过垂直传播,因为声波或重力波在火山上方上方,然后以高度的水平速度在高度的水平速度上传播。TIDS 3和4的特性与初次喷发后数小时在Hunga Tonga上产生的波活性一致。

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