日本海洋研究開發機構（JAMSTEC）海域地面震動火山部門地面震動發生帶中心板塊活動研究團隊的利根川貴志主任研究員等發佈研究成果稱，在2022年1月洪加湯加火山噴發時產生的波動現象中，發現了週期約爲300秒的蘭姆波與熱層重力波結合而成的耦合波。這是在對防災科學技術研究所的日本海溝海床地面震動海嘯觀測網（S-net）的水壓計及基礎火山觀測網（V-net）的氣壓計等進行調查後發現的，產生蘭姆波的壓力震源達到了比噴煙霧更高的58～70公里中氣層。該研究成果有望提高可長距離傳播的蘭姆波所引起的氣象海嘯的預測精度。相關研究成果已發表在國際學術期刊《Science Advances》6月28日號上。
圖1 洪加湯加火山噴發產生的波場（供圖：海洋研究開發機構（JAMSTEC））
（a）週期約爲300秒的耦合波從火山向水平方向傳播。耦合波的能量從熱層分佈到地表附近。另外，這種耦合波會引起氣象海嘯（大氣-海洋耦合波）。洋菇雲從火山擧升到約30km的高度，中心部噴發羽流穿透到了約57km的高度（以下簡稱「超越量」）。據推測，壓力震源的高度達到了更高的58～70km。由於壓力震源高度較高，相較於地表，中氣層和熱層的耦合波的能量更高（垂直度線顏色的深度）。
（b）沿熱層向水平方向傳播的熱層重力波。
（c）沿地表向水平方向傳播的蘭姆波。蘭姆波會引發海嘯。
根據地球同步氣象衛星的記錄，2022年1月15日在南太平洋島國湯加發生的洪加湯加火山噴發被認爲是過去百年來最大規模的自然現象，噴發的羽流（煙霧柱）高度達57公里，洋菇雲在約30公里高度向水平方向擴散。本次噴發使沿地表向水平方向傳播的蘭姆波以時速1080公里的速度傳播至地球的另一側並引發了氣象海嘯。另一方面，關於引起蘭姆波的壓力震源（氣壓變化的終極因數），目前尚不清楚。
爲此，研究人員首先分析了部署在日本海溝及其周圍125個點的S-net的水壓計和部署在日本列島的V-net的氣壓計。氣壓計記錄了蘭姆波引起的氣壓變化，水壓計則記錄了因該氣壓變化引起的氣象海嘯的情況。
對氣壓計觀測到的蘭姆波部分的光譜進行計算後發現，蘭姆波在約1700～2500秒的週期具有最大振幅，並且在短週期成分的約300秒附近振幅異常增大。
在該300秒附近，利用洪加湯加火山噴發時的大氣溫度剖面計算大氣中的波場種類和傳播速度後，發現存在兩種類型的波。一種是接近水面的蘭姆波的短週期成分，另一種是高層大氣中的熱層重力波，在約300秒附近的週期以約300m/s的幾乎相同的速度傳播。據推測，上下波結合並共振，使振幅增大並向水平方向傳播。
此外，爲了明確壓力震源到達的高度，透過改變壓力震源的高度和擧升速度等進行理論光譜計算，探索了與觀測到的光譜最爲一致的光譜。
結果推算出，壓力震源高度爲64公里，擧升速度爲8米/秒，壓力震源的持續時間爲1500秒。由此可知，壓力震源在約58公里高度時歷時1500秒擧升，在64公里高度時可以最高效地產生蘭姆波和耦合波，並達到70米高度。並且，明確了產生蘭姆波的壓力震源達到了比煙霧柱更高的高度58～70公里左右的中氣層。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Science Advances
論文：Mesospheric pressure source from the 2022 Hunga, Tonga eruption excites 3.6mHz air-sea coupled waves
DOI：10.1126/sciadv.adg8036
