2022年1月15日汤加火山（20.54° S, 175.38° W）喷发被认为是自1883年喀拉喀托火山（Krakatau）以来最强的喷发事件，该灾害性事件导致了地震、海啸和剧烈的大气扰动，引发了学界广泛关注。过往关于火山喷发的影响研究主要集中在中间层以下的低层大气和电离层方向，对于热层大气响应的研究则鲜有报道。
中国科学技术大学地球和空间科学学院、深空探测实验室雷久侯教授研究团队与德国波恩大学和美国麻省理工学院合作，基于星载加速度计数据反演热层大气密度，首次报道了汤加火山喷发激发的热层大气波动和全球尺度的热层大气密度扰动现象，证实了地表附近的火山喷发事件足以对卫星所在高度（~500 km）大气层产生显著影响，将火山影响拓展至太空区域。
图1汤加火山喷发导致的火山附近大气密度降低区域（Depletion），和火山对跖点、美洲-大西洋西部附近密度增强区域（Enhancement）。
研究表明，汤加火山喷发导致火山附近出现大尺度的大气密度耗空区域，范围覆盖太平洋西部及印度洋东部；在火山对跖点，热层大气密度则显著增强，范围覆盖非洲北部及欧洲。火山喷发事件导致的密度增加（降低）幅度约150%，与一次中等强度磁暴对热层大气的影响相当（图1）。
图2火山喷发激发的全球传播的热层大气波动汇聚于汤加火山对跖点，并进一步发散继续传播示意图。
研究团队进一步分析表明，汤加火山喷发激发了速度范围为200-450 m/s的多个波模的热层大气波动。热层大气波动以汤加火山为中心呈同心圆状向全球传播，部分波模可传播并汇聚至火山对跖点，进一步从对跖点发散继续传播。根据传播速度特征，热层大气波动可能与低层大气重力波、Lamb波以及海啸波能量向上传输有关。
该成果以“Large-scale disturbances in the upper thermosphere induced by the 2022 Tonga volcanic eruption”为题，发表在地球科学领域国际著名学术期刊Geophysical Research Letters上。GRL审稿人以“To the best of my knowledge, this is the first study reporting in-situ thermospheric observations of volcanic-eruption-induced perturbations (not only for Tonga event), representing a significant and important contribution to the field.”高度评价了这一工作。
论文第一作者为博士后李若曦，通讯作者为雷久侯教授。合作者包括德国波恩大学Jürgen Kusche教授，美国麻省理工学院Shun-Rong Zhang研究员等。该工作得到了国家自然科学基金基础中心、重点项目以及中国科学院青年团队计划等项目的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1029/2022GL102265
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