基于GPS TEC的2022年1月15日汤加火山喷发激起的电离层行扰分析

2022年1月15日南太平洋汤加海底火山发生剧烈喷发,是近30年来最大规模的火山爆发,产生的强烈大气波动为开展火山喷发电离层扰动研究提供了难得的机会。本文利用GPS数据探测火山附近、新西兰、澳大利亚和中国地区的电离层扰动,从波形、频率、传播速度和时空分布等角度分析汤加火山喷发电离层行扰(TIDs)的特征,并利用电离层测高站、海平面监测站和大气压监测站的观测数据进一步验证TIDs的传播特征。研究结果发现,汤加火山喷发在其附近区域、新西兰、澳大利亚和中国地区引起了3类TIDs。在火山附近东、西、南、北方向上均探测到第一类TIDs, TIDs的传播速度为617~972 m/s,该类TIDs极有可能由火山喷发产生的声波引起。汤加火山喷发仅在火山附近东、西方向引起第二类TIDs,其传播速度分别为472 m/s和418 m/s,可能由声波传播过程中衍生的声重力波或者混合波引起,形成机理有待进一步研究。汤加火山喷发在新西兰、澳大利亚和中国地区引发了第三类TIDs,其传播速度为328~352 m/s,该类TIDs与Lamb波密切相关。

南太平洋典型岛国海洋生态环境状况及其对汤加火山爆发的响应

南太平洋岛国大多四面环海且国土面积狭小,多为生态环境脆弱区。基于此,本文利用多源卫星数据,对瑙鲁、帕劳、图瓦卢、马绍尔群岛四国的海洋生态环境进行监测,基于长时间序列遥感结果的回溯,分析了其时空变化,并对比分析了汤加火山爆发前后,各国生态环境是否发生显著变化。结果显示:1)在气候态时空分布上,南太平洋岛屿国家周边海域海表温度和透明度一直维持在较高水平,叶绿素和净初级生产力则随离岸距离增加快速下降;2)升温、酸化和海平面升高是四个岛屿国家周边海域面临的共同问题;3)汤加火山的爆发对于南太平洋四岛国的沿岸悬浮物质量浓度、海表温度等无明显影响;4)火山爆发前半个月海岛地表温度以及周边海域悬浮物质量浓度异常升高的现象对利用遥感手段进行灾害预警预报具有启示作用。

汤加火山喷发SO_(2)全球传输扩散态势模拟研究

针对2022年1月汤加火山喷发SO_(2)全球扩散态势,采用拉格朗日粒子扩散模式(FLEXPART),基于卫星监测信息对SO_(2)源项进行评估和设计,在此基础上开展数值模拟(截至2022年2月20日).结果表明,火山喷发初期模式对SO_(2)南北扩散范围模拟偏窄,但随着时间演变与观测呈现逐渐吻合趋势;SO_(2)主体位于南半球,向西传输区域主要位于0~30°S纬度带,最大传输速度约22.5°/d,在研究时段跨赤道传输作用弱,对北半球和我国影响小;SO_(2)在西向传输过程中总体保持前高后低倾斜态势,传输最快高度和向上扩散最大高度分别位于27km和31km左右;截至2月20日,SO_(2)累积地面沉降已扩展至60°N以南全球大部分区域,主要区域位于0~50°S纬度带,沉降最强地区位于澳大利亚东部、汤加火山西北部和南美洲南部.研究结果可为汤加火山气候效应评估提供数据支撑和思路借鉴.

汤加火山喷发对不同区域背景噪声的影响

当地时间2022年1月15日汤加Hunga Tonga-HungaHa’apai火山发生剧烈喷发,引发了MS 5.8地震和海啸。为了研究汤加火山喷发对全球范围内台站背景噪声的影响,在全球范围内选取2022年1月1—20日震中距0°—150°的14个宽频带地震台站进行功率谱密度分析、0°—60°的7个地震台站进行极化分析。通过分析各地震台站噪声功率谱密度及极化分析结果后发现:虽然此次汤加火山喷发引起了全球范围的海啸波,但是除了震中距120°范围内地震台站10—30 s周期的PSD值在火山地震发生后有明显变化外,其他地震台站不同周期的PSD值变化与汤加火山喷发均无相关性。汤加火山喷发没有改变1—30 s周期的背景噪声源区,各台站的背景噪声来源方向较稳定,但不同频段的背景噪声来源有一定的差异性。

汤加火山2022年喷发回顾——对国内火山监测研究的启示

2022年1月15日汤加一座海底火山发生了猛烈的爆炸式喷发,喷出大量火山灰、气体与水蒸气,并进入平流层,形成巨大火山灰云团,引起国内外广泛关注.本文对汤加火山的地质构造背景、喷发历史、喷发过程、灾害影响、喷发机理等方面进行综合分析,详述此次汤加火山喷发的过程及灾害影响,由此引申到当前国内活火山的活动状态.长白山天池火山作为规模最大、最具潜在灾害性喷发危险的活火山,其火山监测预警研究工作应进一步加强.借鉴此次汤加火山灾害应对经验,科学研判火山动态、完善国内火山灾害风险监测预警系统尤为重要.

课程思政引领下高三地理主题式复习教学设计——以“汤加火山喷发”为例

本文以思政育人为引领,以地理热点事件“汤加火山喷发”为主题,探索高三地理复习课的教学设计。以课程思政、主题式复习教学、地理热点的关系认识为基础,提出主题式复习教学设计四原则,并从教学环节、内容、素养培养和思政目标四个维度进行教学设计,以期营造出充满活力、富有价值的高三地理教学课堂。

汤加火山灾后生态景观修复及防御性措施研究

汤加火山爆发带来的问题,不仅存在于该地区,对全球的气温、环境、经济等也会造成严重的影响。火山爆发后,政府、专家以及民众更多关注的是城市建筑的重建、土地的重新规划利用等问题,却很少关注灾后生态环境的修复与整治。文章通过分析汤加火山爆发状况,为汤加和其他受灾城市的生态修复与建设灾后防御性措施提供理论依据和新思路。

电离层TEC异常分析——以2022年1月15日汤加火山爆发前为例

2022年1月15日,南太平洋汤加海底火山发生剧烈喷发。为了探测此次火山爆发引起的异常环境响应,利用GPS电离层数据,引入滑动四分位距法探测电离层异常扰动,结果显示:火山爆发前第22天到第27天,总电子含量出现大面积的正异常现象,部分时刻的异常超过10TECU。在火山爆发前第16天、前第10天和前第1天均出现了较轻微的负异常现象,异常均小于5TECU,其中火山爆发前第25~27天的TEC异常可能是由于太阳活动引起的。以上结果表明本研究成功利用GPS技术探测到此次火山爆发过程中的异常环境响应。

2022汤加海底火山活动的测高海面观测异常分析

2022年1月14日—2022年1月15日,汤加海底火山发生剧烈喷发并造成全球性海啸,引起了国际广泛关注。针对汤加火山喷发引起的海洋环境异常综合观测,本文提出了利用Jason-3测高卫星数据研究火山喷发对海洋环境的短期和长期影响。针对短期影响,利用距离火山最近的弧段186的重复轨道,对比不同时间观测值,分析火山喷发时期海平面变化、有效波高和电离层总电子含量(TEC)异常。结果表明:卫星测高可观测到火山喷发引起的海面异常。火山喷发期间:海平面产生短期变化,原因可能与火山活动引起的波浪、海洋环境变化和海底地形变化有关;火山喷发引起部分海域有效波高显著增加,弧段186区域电离层TEC明显降低。针对长期影响,构建了研究区域内2016年2月—2023年2月共7年区域平均海面观测时间序列,并采用小波变换、奇异谱分析方法探测时间序列中的异常扰动,分析其与火山活动的关系,从而推断火山喷发活动对海洋环境的长期影响。结果表明:火山喷发可能会对海平面变化产生长期影响,海平面变化分布与俯冲带位置相关,其影响还与EI Nino和La Nina事件产生的影响耦合,需要更多资料进一步分析;另外,汤加火山喷发对研究海域内的平均有效波高和电离层TEC分布长期影响较小。

基于GPS观测数据的2022年1月15日汤加火山电离层扰动特征分析

2022年1月15日汤加火山喷发释放的巨大能量,对环太平洋电离层产生了显著影响.基于火山近场(<1000km)、区域(1000~5000km)和远场(5000~12000km)全球定位系统(Global Positioning System,GPS)观测数据,本文提取并分析了火山喷发后电离层总电子含量(Total Electron Content,TEC)扰动特征.结果表明,火山喷发后8~15min内近场电离层扰动主要源于爆炸产生的冲击声波(~1000m/s),区域和远场上空远距离传播的低频扰动则与兰姆波有关(~330m/s).各地区扰动幅值与背景TEC值总体呈正相关关系,并且随着扰动波行进距离增大,相对振幅比率逐渐减小.本文也对比了各地区参考日和事件日电离层活动水平,并通过射线追踪反演得到了火山喷发时刻与位置,进一步确认了区域和远场电离层响应均与汤加火山相关.此外,1月15日约06:20UTC在新西兰上空观测到一组略延迟于初始海啸到时的频率突变扰动,该扰动与DART浮标观测记录相符,暗示气象海啸的产生.

2022年汤加火山喷发与海啸观测

2022年1月15日世界标准时间4∶14,位于南太平洋汤加俯冲带火山链区域的Hunga Tonga-Hunga Ha’apai(HTHH,175.39°W,20.55°S)火山爆发并激发全球性海啸。聚焦火山喷发和海啸波的观测方法,介绍了海底传感器、大气波变化卫星图、电离层扰动对火山喷发和海啸的最新监测结果。结合该区域的地质构造与火山喷发历史资料,综述了2022年汤加HTHH火山喷发引起的海啸特征、最新观测手段,提出了对俯冲带火山海啸等进行详细的海洋地球物理调查、基于观测综合量化研究海底火山大规模喷发对全球气候的潜在影响等建议。

2022年汤加火山喷发对中国大陆地应变观测的影响分析

2022年1月15日汤加火山剧烈喷发产生了波及全球的大气重力波,距离火山8736~12758 km的中国大陆所有地应变观测站清晰记录到由此产生的短时地表应变变化。应用小波分析方法系统分析了中国近200个地应变观测站记录数据的时空响应与频率特征,主要表现为:由大气重力波激发的短时地表应变变化的持续时间约为1.5 h,其中能量最强的变化集中在前40 min,面应变平均变幅约为186×10^(-10),呈现出单脉冲起伏状变化,形态具有很强的一致性,具备兰姆波传播属性;短时地表应变变化的平均传播速度约为310 m/s,与大气重力波传播速度基本一致。部分观测站还记录到绕地球一圈后再次到达的大气重力波对地表的作用。这是首次通过大范围布设的高精度地应变观测仪记录到大气重力波作用于地表的痕迹,有助于认识地壳运动和大气圈层相互影响的机制。

2022年汤加火山喷发的综合遥感快速解译分析

2022年1月14日―15日南太平洋汤加Hunga Tonga-Hunga Ha’apai(HTHH)海底火山发生剧烈喷发并造成海啸,引起了国际广泛关注。对此次"千年一遇"的汤加HTHH火山喷发事件进行应急响应,首先综合利用国内外多时相卫星光学影像、雷达影像、全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)监测站等数据进行快速解译,分析此次火山喷发过程及影响,评估汤加部分地区的受灾情况;然后提出多源数据获取-地貌演化监测-地表形变监测-环境响应探测-灾害损毁评估-灾后恢复决策一整套综合遥感技术框架。结果显示,汤加HTHH海底火山自2020-06以来在卫星视线方向出现明显的地表形变,累积最大下沉达到6.0 cm,并且该火山在2021-12-22左右已出现喷发迹象;火山喷发过程中当地磁场和电离层出现明显异常变化,汤加地表GNSS监测站发生显著位移,其中地表抬升量达50.2 cm;火山喷发的火山灰覆盖了汤加大部分地区,但汤加首都北部沿海区域无明显海岸线冲断迹象,主要建筑和道路保持完整。研究展示了如何利用综合遥感技术对海底火山喷发进行快速解译分析,实现HTHH火山地形变化跟踪和灾害评估。该综合遥感技术框架将有助于灾后快速恢复和重建,也为后续灾害的防治提供支撑。

汤加-克马德克俯冲带的地质构造与地震火山特征

2022年1月15日西南太平洋的洪阿哈阿帕伊岛海底火山发生了爆炸式的剧烈喷发,吸引了全球的关注。洪阿哈阿帕伊岛海底火山位于汤加-克马德克俯冲带,综合前期研究结果,对汤加-克马德克俯冲带的地质构造特征、地震和火山分布进行初步分析,发现:(1)从汤加-克马德克俯冲带弧前向海方向直到俯冲的太平洋板块,构造上主要表现为大规模正断层。(2)路易斯维尔海山链的俯冲将汤加-克马德克俯冲带分为北部的汤加俯冲带和南部的克马德克俯冲带,沿汤加俯冲带板块汇聚率为67~84 mm/a,沿克马德克俯冲带板块汇聚率为41~58 mm/a,板块俯冲速度的差异造成汤加俯冲带和克马德克俯冲带目前俯冲深度的不同。(3)在路易斯维尔海山链以北,太平洋板块上覆沉积物厚度不足0.4 km,而在南侧达到1 km左右,由于俯冲板块上覆沉积物厚度的差异而造成北部的汤加俯冲带和南部的克马德克俯冲带孕育地震能力的差异。这些认识对研究该俯冲带的火山喷发机制、大地震成因机理及其灾害风险具有重要意义。

火山成因的海啸触发机制分析

2022年汤加火山爆发,引发了全球范围内的海啸,使火山海啸这一非典型性海啸受到学界的广泛关注。整理了全球历史火山海啸事件相关数据,分析了火山地震、火山结构失稳、水下爆炸、火山碎屑流、气压波这5种触发海啸的机制,介绍了2022年汤加火山海啸事件触发机制。指出未来火山海啸的研究方向为:从地质构造角度分析潜在海啸灾害的时空分布规律;以气象海啸和水下爆炸为重点,发展完善火山海啸各机制及传播理论;从技术角度解决火山海啸的相关预警问题。

基于EMI-Ⅱ的火山区域二氧化硫反演研究

利用差分吸收光谱技术(DOAS)反演了我国第二代星载大气痕量气体差分吸收光谱仪(EMI-Ⅱ)的SO_(2)斜柱浓度(SCD),并通过辐射传输模型SCIATRAN建立了SO_(2)大气质量因子(AMF)的查找表,经去条带处理后获得SO_(2)的垂直柱浓度(VCD)。以2021年10月底拉帕尔马岛火山区域为研究对象,基于EMI-Ⅱ数据反演的SO_(2)VCD与国外同类型载荷TROPOMI的结果一致,相关性系数R分别为0.89、0.90、0.92。此外,还将汤加海底火山的SO_(2)反演结果与TROPOMI的监测数据进行对比,结果表明,EMI-Ⅱ观测结果与TROPOMI一致,都观测到此次SO_(2)羽流的自东向西的传输过程。结合风场数据,计算了2022年1月14—15日汤加海底火山爆发产生的SO_(2)排放通量,结果表明,利用EMI-Ⅱ载荷反演的火山区域SO_(2)VCD可靠性高,可实现全球火山爆发预警。