日本海洋研究开发机构（JAMSTEC）海域地震火山部门地震发生带中心板块活动研究团队的利根川贵志主任研究员等发布研究成果称，在2022年1月洪加汤加火山喷发时产生的波动现象中，发现了周期约为300秒的兰姆波与热层重力波结合而成的耦合波。这是在对防灾科学技术研究所的日本海沟海底地震海啸观测网（S-net）的水压计及基础火山观测网（V-net）的气压计等进行调查后发现的，产生兰姆波的压力震源达到了比喷烟更高的58～70公里中间层。该研究成果有望提高可长距离传播的兰姆波所引起的气象海啸的预测精度。相关研究成果已发表在国际学术期刊《Science Advances》6月28日号上。
图1 洪加汤加火山喷发产生的波场（供图：海洋研究开发机构（JAMSTEC））
（a）周期约为300秒的耦合波从火山向水平方向传播。耦合波的能量从热层分布到地表附近。另外，这种耦合波会引起气象海啸（大气-海洋耦合波）。蘑菇云从火山上升到约30km的高度，中心部喷发羽流穿透到了约57km的高度（以下简称“过冲”）。据推测，压力震源的高度达到了更高的58～70km。由于压力震源高度较高，相较于地表，中间层和热层的耦合波的能量更高（垂直线颜色的深度）。
（b）沿热层向水平方向传播的热层重力波。
（c）沿地表向水平方向传播的兰姆波。兰姆波会引发海啸。
根据地球同步卫星的记录，2022年1月15日在南太平洋岛国汤加发生的洪加汤加火山喷发被认为是过去百年来最大规模的自然现象，喷发的羽流（烟柱）高度达57公里，蘑菇云在约30公里高度向水平方向扩散。本次喷发使沿地表向水平方向传播的兰姆波以时速1080公里的速度传播至地球的另一侧并引发了气象海啸。另一方面，关于引起兰姆波的压力震源（气压变化的原因），目前尚不清楚。
为此，研究人员首先分析了部署在日本海沟及其周围125个点的S-net的水压计和部署在日本列岛的V-net的气压计。气压计记录了兰姆波引起的气压变化，水压计则记录了因该气压变化引起的气象海啸的情况。
对气压计观测到的兰姆波部分的光谱进行计算后发现，兰姆波在约1700～2500秒的周期具有最大振幅，并且在短周期成分的约300秒附近振幅异常增大。
在该300秒附近，利用洪加汤加火山喷发时的大气温度剖面计算大气中的波场种类和传播速度后，发现存在两种类型的波。一种是接近水面的兰姆波的短周期成分，另一种是高层大气中的热层重力波，在约300秒附近的周期以约300m/s的几乎相同的速度传播。据推测，上下波结合并共振，使振幅增大并向水平方向传播。
此外，为了明确压力震源到达的高度，通过改变压力震源的高度和上升速度等进行理论光谱计算，探索了与观测到的光谱最为一致的光谱。
结果推算出，压力震源高度为64公里，上升速度为8米/秒，压力震源的持续时间为1500秒。由此可知，压力震源在约58公里高度时历时1500秒上升，在64公里高度时可以最高效地产生兰姆波和耦合波，并达到70米高度。并且，明确了产生兰姆波的压力震源达到了比烟柱更高的高度58～70公里左右的中间层。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Science Advances
论文：Mesospheric pressure source from the 2022 Hunga, Tonga eruption excites 3.6mHz air-sea coupled waves
DOI：10.1126/sciadv.adg8036
