汤加火山喷发产生电离层空洞及其漏能效应

                                                            杨学祥

关键提示

      被忽视的2022年1月15日千年规模的汤加火山喷发 

      一项新研究证实，2022年1月汤加洪阿哈阿帕伊岛海底火山喷发是现代最具爆发性的火山事件之一。

       这项研究由英国巴斯大学研究人员领导，并于6月30日发表于《自然》。该研究结合了大量卫星数据和地面观测，表明这次喷发的规模和速度，及其产生的快速移动的重力波和大气波的范围在观测科学中都是独一无二的。

       汤加火山于1月15日喷发，产生了一股垂直羽流，延伸至地球表面50公里以上高空。在喷发后的12个小时里，水和火山灰释放的热量是地球重力波的最大来源。火山喷发还产生了类似波纹的重力波。卫星观测显示，这种重力波延伸到整个太平洋盆地。

       火山喷发还在地球大气层中引发了大气波，其围绕地球回荡了至少6次，并达到理论上的最大速度——在地球大气层中看到的最快速度，即320米/秒。

       论文作者称，一个单一事件产生了如此大的影响，这在观测记录中是独一无二的，这将有助于科学家改进未来的大气和气候模型。

      “这是一次真正的大喷发，是迄今为止观察到的一次真正独特的喷发。”论文主要作者、巴斯大学空间大气和海洋科学中心的Corwin Wright说，“我们从未见过大气波以这样的速度在全世界传播——传播速度非常接近理论极限。这次喷发是一次惊人的自然实验，我们收集到的数据将增强人们对大气的理解，并帮助改进大气和气候模型。”

      “我们的研究很好地展示了全球波浪是如何被火山喷发期间蒸发的大量海水驱动的。然而，我的直觉是，这次喷发还会产生更多的影响。”论文作者之一、牛津大学物理系的Scott Osprey说，“随着大量水蒸气在平流层中扩散，人们将关注南极臭氧空洞及其在春季的严重程度。”

https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2022/7/482359.shtm

           2022年夏季异常高温的原因找到了，这就是被气象学家忽视的2022年1月15日汤加火山喷发和8月3日冰岛火山喷发。

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1353852.html

      事实上，2023-2025年太阳黑子进入峰值时期，2023年1月6-11日爆发了2次x级最大的太阳风暴，自1979年开始相关统计以来，2023年7月3日和4日地球表面气温接连刷新最高纪录。据美国国家环境预报中心监测，地球表面平均气温3日刷新先前纪录，达到17.01摄氏度。在此之前，2016年8月14日和2022年7月24日均创下16.92摄氏度的全球最高温纪录。

       最强太阳风暴导致全球最热年新记录值得关注。太阳风暴导致的全球灾害愈演愈烈。

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1394679.html

         汤加火山喷发产生电离层空洞和“气泡”

       2022 年 1 月 15 日灾难性的汤加火山喷发引发了巨大的大气波，这些大气波传播到全球电离层并对其产生了强烈影响。

       Aa 等人[2022]使用多个地面/卫星观测发现了大规模、强烈的电离层密度损耗，这些损耗以不同的方式表现为一个突出的电离层空洞和赤道等离子体气泡。在强烈的冲击波-声波脉冲的驱动下，喷发后约 40 分钟，在震中上方10-15度的水平半径上，形成了一个超过10个TEC单元的大振幅电离层空洞。作者还首次报告，在广阔的亚洲-大洋洲地区存在持续触发的强烈的日落后赤道等离子体气泡，这些现象异常地超出了 1 月份的气候现象。这些等离子气泡效应伴随着黄昏结束的连续扫掠和火山喷发激发的兰姆波到达之后产生，覆盖了约 150 度的纵向范围，持续时间约 12 小时。

       这些结果表明毁灭性自然灾害对大气-电离层产生了深远而持久的影响，并突出强调了地表条件影响高层大气的新方式。

https://mp.weixin.qq.com/s?src=11&timestamp=1690083878&ver=4667&signature=hWRqK6f0rNORf6LkbyF02uCpdAvCRj9FqIZYoMQ26T2dqXHlZCRXssvYndV0PrDawKM29t1OF-uq42TOYqrPppf6CWK36*D*IAVpFCSaTcb-LHTAl7qaIsNsPGFfus3x&new=1

     “臭氧洞漏能效应”和“地磁层漏能效应”

       我们在1999年撰文提出，到达地球的太阳辐射能大约有2%被平流层的臭氧吸收，7%被电离层吸收。当黑子活动高峰发生太阳风暴时，会大量破坏南极臭氧，随之产生“臭氧洞漏能效应”和“地磁层漏能效应”，使被地磁层和臭氧层阻隔的9%的太阳能由平流层进入对流层，导致南极平流层变冷对流层变暖。收缩的平流层自转变快，膨胀的对流层自转变慢，这是赤道高空风产生的一个原因。

       正X射线,γ射线和紫外线,大约占太阳辐射光谱总能量的9%.在80～400km高度范围的电离层,γ射线和X射线被N2和O2/O3所吸收,在15～55km高度的臭氧层,99%的紫外线被O3所吸收.即在地球磁层、大气层和臭氧层被破坏的时候,到达生物圈的太阳辐射能将增大9%,造成地表温度的大幅度波动.与此同时,到达地表的γ射线、X射线和过量紫外线将造成大规模的生物灭绝.这就是臭氧洞漏能效应.

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1394679.html

http://cpfd.cnki.com.cn/Article/CPFDTOTAL-ZGDW199910001191.htm

https://www.doc88.com/p-4317663607230.html

https://www.docin.com/p-344676587.html

      电离层空洞的漏能效应最新表述

       到达地球的太阳辐射能大约有2%被平流层的臭氧吸收，7%被电离层吸收。当两极出现臭氧空洞和电离层空洞，随之产生“臭氧洞漏能效应”和“电离层空洞漏能效应”，使被电离层和臭氧层阻隔的9%的太阳能由大气高层和平流层进入对流层，导致两极平流层变冷对流层变暖。收缩的平流层自转变快，膨胀的对流层自转变慢，这是赤道高空风产生的一个原因。

       正X射线,γ射线和紫外线,大约占太阳辐射光谱总能量的9%.在80～400km高度范围的电离层,γ射线和X射线被N2和O2/O3所吸收,在15～55km高度的臭氧层,99%的紫外线被O3所吸收.即在地球磁层、大气层和臭氧层被破坏的时候,到达生物圈的太阳辐射能将增大9%,造成地表温度的大幅度波动.与此同时,到达地表的γ射线、X射线和过量紫外线将造成大规模的生物灭绝.这就是臭氧洞漏能效应和电离层空洞漏能效应.

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1394679.html

       火山成因的电离层空洞：2022 年 1 月 15 日灾难性的汤加火山喷发引发了巨大的大气波，这些大气波传播到全球电离层并对其产生了强烈影响。Aa 等人[2022]使用多个地面/卫星观测发现了大规模、强烈的电离层密度损耗，这些损耗以不同的方式表现为一个突出的电离层空洞和赤道等离子体气泡。在强烈的冲击波-声波脉冲的驱动下，喷发后约 40 分钟，在震中上方10-15度的水平半径上，形成了一个超过10个TEC单元的大振幅电离层空洞。

相关资料

电离层空洞是由平流层突然变暖引起的.

https://zhuanlan.zhihu.com/p/52009202

电离层空洞是由SpaceX火箭引起的.

https://www.thecover.cn/news/666843

电离层空洞是由汤加火山喷发引起的.

https://mp.weixin.qq.com/s?src=11&timestamp=1690083878&ver=4667&signature=hWRqK6f0rNORf6LkbyF02uCpdAvCRj9FqIZYoMQ26T2dqXHlZCRXssvYndV0PrDawKM29t1OF-uq42TOYqrPppf6CWK36*D*IAVpFCSaTcb-LHTAl7qaIsNsPGFfus3x&new=1

电离层空洞是由太阳耀斑引起的.

http://www.hzhcontrols.com/new-9215.html

       人类必须极其关注：2022年6-8月全球异常高温，是否与汤加火山喷发有关？是否与电离层空洞的漏能效应相关？

https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2277&do=blog&id=1396312

相关报道

Space Weather: 汤加火山喷发产生电离层空洞和“气泡”

原创 Huixin Liu AGU美国地球物理学会 2022-08-11 16:30 发表于北京

收录于合集

#空间科学与空间物理30个

#自然灾害88个

2022 年汤加火山喷发改变了全球电离层，在震中附近局部形成了一个巨大的电离层空洞，并在亚洲-大洋洲地区产生了振幅较大的等离子泡。

2022 年 1 月 15 日灾难性的汤加火山喷发引发了巨大的大气波，这些大气波传播到全球电离层并对其产生了强烈影响。

Aa 等人[2022]使用多个地面/卫星观测发现了大规模、强烈的电离层密度损耗，这些损耗以不同的方式表现为一个突出的电离层空洞和赤道等离子体气泡。在强烈的冲击波-声波脉冲的驱动下，喷发后约 40 分钟，在震中上方10-15度的水平半径上，形成了一个超过10个TEC单元的大振幅电离层空洞。作者还首次报告，在广阔的亚洲-大洋洲地区存在持续触发的强烈的日落后赤道等离子体气泡，这些现象异常地超出了 1 月份的气候现象。这些等离子气泡效应伴随着黄昏结束的连续扫掠和火山喷发激发的兰姆波到达之后产生，覆盖了约 150 度的纵向范围，持续时间约 12 小时。

全球总电子含量指数(ROTI)地图，聚焦于2022年1月15日11:30 UT的亚洲-大洋洲板块，其中 Swarm C（蓝色）和 Swarm B（红色）路径重叠。与喷发震中的等距线用黑色圆圈标出。绿色圆圈标记了大气兰姆波的预期波前传播，通常与高 ROTI 值所显示的局部发展的等离子体不规则特征的西行相位扩展一致。右侧的两个子面板显示了作为沿 Swarm 路径的地磁纬度函数的相应电子密度变化，显示出显著的赤道和低纬度等离子体密度咬食（bite-out），比火山爆发前一天（虚线）和之后（虚线）的参考水平低 2-3 个数量级。

资料来源：Aa 等 [2022]，图 4c

这些结果表明毁灭性自然灾害对大气-电离层产生了深远而持久的影响，并突出强调了地表条件影响高层大气的新方式。

以上内容英文原文发表于AGU Eos Editors' Highlights，中文翻译仅供参考。

点评编辑：

Huixin Liu, Editor, Space Weather

原文链接：

https://eos.org/editor-highlights/tonga-volcanic-eruption-produced-ionospheric-hole-and-bubbles

Text © 2022. AGU. CC BY-NC-ND 3.0

论文原文

https://mp.weixin.qq.com/s?src=11&timestamp=1690083878&ver=4667&signature=hWRqK6f0rNORf6LkbyF02uCpdAvCRj9FqIZYoMQ26T2dqXHlZCRXssvYndV0PrDawKM29t1OF-uq42TOYqrPppf6CWK36*D*IAVpFCSaTcb-LHTAl7qaIsNsPGFfus3x&new=1