科学家们正在竞相了解上周末汤加火山爆发引发的地球大气层中一系列令人费解的巨大波纹。卫星数据显示，这次事件——有人担心这可能已经摧毁了这个太平洋岛国——引发了一种不寻常的大气重力波模式。以前的火山爆发没有产生过这样的信号，这让专家们感到困惑。
“这真的很独特。我们以前从未在数据中看到过这样的情况，”德国于利希超级计算中心的大气科学家 Lars Hoffmann 说。
这一发现是在 1 月 14 日洪加汤加-洪加哈阿帕伊火山爆发后数小时内，美国宇航局 Aqua 卫星上搭载的大气红外探测仪 (AIRS) 收集的图像中发现的。
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它们显示了数十个同心圆，每个同心圆代表大气气体中快速移动的波浪，绵延超过 16,000 公里。这些波浪从海面到达电离层，研究人员认为它们可能在全球范围内传播了好几次。
“漂亮的同心波浪图案”
“这台仪器已经运行了大约 20 年，我们从未见过如此漂亮的同心波浪图案，”Hoffmann 补充道。
大气重力波发生在空气柱中大气中的空气分子垂直而非水平扰动时。当风在越过山顶时速度加快，或者由于局部天气系统中的对流时，可能会发生这种情况。
上下波浪通过大气层传递能量和动量，并且通常通过它们导致高云以一系列波纹形式形成的方式来显示其影响。
理论上，火山爆发时热空气和火山灰快速向上涌入高层大气可能会引发更大规模的重力波。但是，自从 AIRS 仪器于 2002 年 5 月发射以来，在分析以往的火山爆发时，从未观察到类似的情况。
英国巴斯大学的大气物理学家 Corwin Wright 说：“这正是真正让我们感到困惑的地方。 “这一定与正在发生的物理现象有关，但我们还不知道是什么。”
他和他的同事怀疑，高层大气中“一大堆乱七八糟的热气体”可能是引发波浪的原因。他说，热气体“正在上升到平流层高处并撞击周围的空气”。
火山爆发声遍及全球
洪加汤加-洪加哈阿帕伊火山的爆发声遍及南太平洋，甚至在美国部分地区也能听到。火山灰覆盖了汤加的许多地区，但电力、电话线和互联网连接的中断使得援助机构难以评估人员伤亡和损失的程度。
赖特是第一个在霍夫曼提供的数据中发现波浪模式的人，他说图像显示了看起来像是波浪大小和类型的混合物。
他说，大气中的对流似乎“非常复杂且凹凸不平，并且同时产生了一系列事物”。 “这就是我们目前认为正在发生的事情，但我们只观察了几个小时。”
这一发现是由英国牛津大学气候科学家 Scott Osprey 于 1 月 15 日发送给 Wright 的一条 推文 促成的，他问道：“哇，我想知道这次火山爆发产生的大气重力波有多大？！”
爆发速度
奥斯普雷说，这次火山爆发在产生这些波浪方面可能是独一无二的，因为它相对于其他火山爆发发生得非常快。“这次事件似乎在几分钟内就结束了，但它是爆炸性的，正是这种冲动很可能引发了一些强烈的重力波，”他说。
火山爆发可能只持续了片刻，但其影响可能是持久的。奥斯普雷说，重力波会干扰热带地区风向的周期性逆转，这可能会影响远至欧洲的天气模式。“我们将非常仔细地观察其如何演变，”他说。
纽约市哥伦比亚大学海洋地球物理学家 Vicki Ferrini 说，从火山爆发中收集到的图像和数据“非常壮观”，并为科学家们提供了一个令人兴奋的机会。但她补充说，她和其他人仍然深切关注汤加人民，特别是考虑到到目前为止还没有关于灾难规模的详细信息。
新西兰的研究人员表示，他们正在密切监测火山，以防进一步爆发。奥克兰大学火山学家 Shane Cronin 说：“我们只是密切关注。”他说，火山可能会从地下深处获得大量岩浆补给，并产生更具爆炸性的喷发。但如果它耗尽了主要供应，它可能只会产生较小的喷发，大部分隐藏在海面之下。
本文经许可转载，并于 2022 年 1 月 18 日 首次发表。