Under the surface: Pressure-induced planetary-scale waves,volcanic lightning,and gaseous clouds caused by the submarine eruption of Hunga Tonga-Hunga Ha'apai volcano     

David A. Yuen  Melissa A. Scruggs  Frank J. Spera  Yingcai Zheng  Hao Hu  Stephen R. McNutt  Glenn Thompson  Kyle Mandli  Barry R. Keller  Songqiao Shawn Wei  Zhigang Peng  Zili Zhou  Francesco Mulargia  Yuichiro Tanioka 《地震研究进展（英文）》2022,2(3):100134

We present a narrative of the eruptive events culminating in the cataclysmic January 15, 2022 eruption of Hunga Tonga-Hunga Ha'apai Volcano by synthesizing diverse preliminary seismic, volcanological, sound wave, and lightning data available within the first few weeks after the eruption occurred. The first hour of eruptive activity produced fast-propagating tsunami waves, long-period seismic waves, loud audible sound waves, infrasonic waves, exceptionally intense volcanic lightning and an unsteady volcanic plume that transiently reached—at 58 ?km—the Earth's mesosphere. Energetic seismic signals were recorded worldwide and the globally stacked seismogram showed episodic seismic events within the most intense periods of phreatoplinian activity, and they correlated well with the infrasound pressure waveform recorded in Fiji. Gravity wave signals were strong enough to be observed over the entire planet in just the first few hours, with some circling the Earth multiple times subsequently. These large-amplitude, long-wavelength atmospheric disturbances come from the Earth's atmosphere being forced by the magmatic mixture of tephra, melt and gasses emitted by the unsteady but quasi-continuous eruption from 0402±1–1800 UTC on January 15, 2022. Atmospheric forcing lasted much longer than rupturing from large earthquakes recorded on modern instruments, producing a type of shock wave that originated from the interaction between compressed air and ambient (wavy) sea surface. This scenario differs from conventional ideas of earthquake slip, landslides, or caldera collapse-generated tsunami waves because of the enormous (～1000x) volumetric change due to the supercritical nature of volatiles associated with the hot, volatile-rich phreatoplinian plume. The time series of plume altitude can be translated to volumetric discharge and mass flow rate. For an eruption duration of ～12 ?h, the eruptive volume and mass are estimated at 1.9 ?km³ and ～2 900 ?Tg, respectively, corresponding to a VEI of 5–6 for this event. The high frequency and intensity of lightning was enhanced by the production of fine ash due to magma—seawater interaction with concomitant high charge per unit mass and the high pre-eruptive concentration of dissolved volatiles. Analysis of lightning flash frequencies provides a rapid metric for plume activity and eruption magnitude. Many aspects of this eruption await further investigation by multidisciplinary teams. It represents a unique opportunity for fundamental research regarding the complex, non-linear behavior of high energetic volcanic eruptions and attendant phenomena, with critical implications for hazard mitigation, volcano forecasting, and first-response efforts in future disasters.  相似文献   

地下浅部异质体对表面波场谱扰动分析     

柴华友  柯文汇  柴扬斐  朱红西  王贤达  刘欢 《岩土力学》2022,43(6):1683-1693

均匀半无限体中表面源激发近表面波场由瑞利波主导,当浅部存在异质体,前行瑞利波发生散射,异质体周围表面波场响应谱发生变化。当异质体长度相对波长较大时,由异质体上方表面质点响应谱提取绕射波频散曲线可分析异质体与周围介质刚度差异对绕射波传播特性的影响。与含软层或硬层半无限体中瑞利波特性比较,可以发现绕射波具有与瑞利波类似的传播特性。异质体上方谱变化特征与异质体和周围介质间刚度差异有关,本研究基于异质体绕射波与入射瑞利波位移结构差异解释谱变化现象。结果表明：异质体上方谱与周围谱明显不同,在偏移距−波长域,相对于前方波场,软质体上方谱密度整体呈减弱趋势,硬质体上方谱密度整体呈增强趋势。根据谱密度变化对应偏移距、波长及谱密度强弱,可以预估异质体在传播方向的位置、埋深,并识别异质体类型。  相似文献   

盒子波调查技术在六盘山黄土塬区的应用分析     

潘家智  许孝坤  何京国  宁鹏鹏  叶春学 《物探与化探》2015,(1):104-111,117

六盘山盆地被巨厚的黄土所覆盖,是表层和深层双复杂区域。巨厚的黄土和复杂的地形条件使该区干扰波非常发育,严重影响了地震资料的信噪比。为了有效调查该区干扰波发育特征,并进行针对性地压制,通过盒子波调查技术在该区的应用分析,提出了和生产结合进行盒子波调查的有效方式,克服了静校正问题对盒子波调查数据的影响。针对两种地形条件下的盒子波资料,分析了在不同地形和表层条件下干扰波场的变化,认为影响浅层和中深层信噪比的干扰波特征存在差异;并通过组合压噪效果分析,提出对不同深度勘探目标进行针对性压噪的组合接收方式,提高了六盘山地区巨厚黄土塬勘探区目标层采集资料的信噪比。  相似文献   

平直沙坝海岸叠加波浪的裂流试验   总被引：1，自引：0，他引：1       下载免费PDF全文

王彦  邹志利 《水科学进展》2015,26(1):123-129

为研究叠加波浪场的裂流特征,在平直沙坝海岸地形进行了叠加波浪形成的沿岸波高周期性变化的裂流试验研究。试验中叠加波浪是由波浪在垂直岸线的丁坝反射所形成的两列交叉波浪叠加产生,交叉波浪是具有等频率但入射角相反的两波列。通过对叠加波浪节腹点垂直岸线位置浪高的测量和沙坝范围内沿岸布置的声学多普勒测速仪流速测量结果来分析沙坝海岸丁坝反射波形成的裂流特性,讨论了波浪节腹点对裂流位置和裂流空间尺度的影响。对不同周期情况在x=5 m沙坝顶处的速度剖面对比,分析了不同周期对裂流的影响。  相似文献   

气候变暖对湖泊热力及溶解氧分层影响研究进展   总被引：4，自引：0，他引：4       下载免费PDF全文

张运林 《水科学进展》2015,26(1):130-139

气候变暖对湖泊物理、化学、生物和生态系统有着复杂而深刻的直接和间接影响,而具体影响随研究区域和水体表现不尽相同。气候变暖通过改变湖泊热力和溶解氧分层进而影响湖泊生物过程和生态系统结构与功能。从全球湖泊变暖趋势、长期缓慢气温上升、极端高温事件以及气候情景模拟等方面详细综述了气候变暖对湖泊热力及溶解氧分层影响的研究进展。研究表明,全球不同区域湖泊均存在不同程度的变暖趋势;长期缓慢气温上升和短期极端高温均会造成湖泊热力分层提前,分层结束推迟,分层时间延长,混合层和温跃层深度下降,以及热稳定性增加;相伴随的是溶解氧扩散深度和氧跃层深度明显下降,加剧了湖泊底部好氧和厌氧环境。除了这种直接影响外,气候变暖引起的流域降水、入湖物质的变化以及风速的变化也会对湖泊热力和溶解氧分层产生许多间接的影响,因此未来仍然需要更多的实验证据、经验和数值模型来验证和预测气候变暖对湖泊热力及溶解氧分层的影响。  相似文献   

东南极普里兹湾陆隆区脊状沉积体的结构和形成过程     

沈中延  杨春国  高金耀  纪飞 《地球学报》2015,36(6):709-717

东南极普里兹湾陆隆区发育数个近垂直陆缘的脊状沉积体,这些沉积体记录了区域冰川活动和底流变化的历史。本文主要利用多道地震资料和水深资料对这些脊状沉积体的平面展布、走向上的结构差异进行了研究,在此基础上讨论了不同脊状沉积体的形成过程。结果表明研究区内脊状沉积体有两种不同结构类型:西部Wild峡谷两侧不对称发育的浊流堤岸沉积形成两个平行峡谷的脊状沉积体;东部数个脊状沉积体的形成与其下长期存在的浊流活动引起的穿时沉积间断面有关。不同峡谷的浊流活动起始时代不一,西部的Wild峡谷起始时代和陆隆区冰海沉积起始时代(P1)一致;东部Wilkins峡谷以及Murray峡谷从后期的P3(约26.1 Ma)开始,代表普里兹湾地区的一次冰川极盛事件。研究区所有峡谷及其浊流活动均随时间向海扩展,造成相应的脊状沉积体向海扩展。在脊状沉积体外缘区域,浊流输送而来的细粒沉积物在向西的底流作用下形成大型深海沉积物波。  相似文献   

基于反射地震资料探讨泥河湾盆地的新生代和中生代地层     

朱小三  钱荣毅  王永  董进  迟振卿  姚培毅 《地质学报》2015,89(12):2236-2249

查明泥河湾盆地新生界及中生界地层序列及基底的分布与赋存形态是研究泥河湾盆地形成机制的基础性工作。本研究在泥河湾盆地桑干河与壶流河交接处附近采集了四条测线的反射地震数据,通过对精细处理后的地震剖面进行详细分析,在剖面上厘定了三个具有明显强反射标志的地层,即古近系的玄武岩、侏罗系上统的含煤地层和侏罗系下统的含煤地层;其中,新近系沉积层与古近系玄武岩界面在地震剖面上出现的双程旅行时为0.3~0.6s,深度范围为300~500m,而第四系泥河湾组底界由南西到北东逐渐加深,其界面深度为200~300m;侏罗系上统含煤地层在地震剖面上出现的双程旅行时在0.8s上下波动,其深度约为1200m,探测出侏罗系上统顶界面的深度范围为800~1100m;侏罗系下统含煤地层在地震剖面上出现的双程旅行时为1.0~1.4s,深度范围为1800~2000m,由此推测出中生界侏罗系与古生界寒武系地层分界线的深度为2000m左右;根据地震反射波阻抗差别推测出新元古界和太古界地层的分界面在地震剖面上出现的时间约为2.5s,其深度为4000m左右。本研究通过四条反射地震测线的数据基本上查明了泥河湾盆地位于探测区处第四系泥河湾组底界面的深度分布范围及起伏形态、侏罗系上统顶界面和下统底界面的大致埋深,为查明泥河湾盆地新生界及中生界地层序列提供了基础性的参考信息。  相似文献   

A coupled modeling study of mechanical and thermodynamical air-ocean interface processes under sea storm conditions     

《Dynamics of Atmospheres and Oceans》2020

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利用FY-3C气象卫星GNSS掩星估计全球重力波变化与分析     

金双根  高超  李君海 《南京气象学院学报》2020,12(1):57-67

大气重力波是地球大气层中广泛存在的重要大气动力学扰动,研究其分布和变化规律对理解大气物理、大气结构以及大气动力学等具有重要意义.传统大气重力波探测手段,如雷达和探空气球等,均存在探测时间短、有效探测高度低等缺点,全球卫星导航系统（GNSS）掩星观测具有全天候、低成本、高精度等优点,被广泛应用于地球大气探测和研究,为研究区域或全球重力波变化和活动特征提供了新的观测手段.本文利用中国第一颗搭载GNSS掩星设备气象卫星——风云3C （FY-3C）获得的掩星数据,反演得到2014年8月—2016年12月大气温度轮廓线,并首次估计重力波参数分布,分析了重力波参数的时空变化分布特征.结果表明,海陆季节性对流导致冬夏两季的重力波势能强于春秋两季,赤道对流作用导致赤道区域重力波强于两极,夏季南半球中低纬度地区重力波活动频繁,冬季北半球中低纬度区域重力波活动频繁.重力波随着高度的上升,势能逐渐下降.另外,地形是低层大气重力波的主要来源.  相似文献   

1991、1998和2016年三个大水年长江中下游夏季降水季节内特征的对比     

黄桢  李双林  张超 《热带气象学报》2020,36(1):13-24

针对长江中下游三个大水年1991、1998和2016年,利用NCEP/NCAR大气环流再分析资料和CMAP降水资料,对比了夏季降水的季节内特征,分析了引起降水季节内变化的大气环流季节内振荡ISO演变及源地。小波分析表明,三年季节内降水周期差异明显,分别为20~30 d、20~40 d和10~20 d。随之,以东亚季风区季节内振荡指数及热带外Rossby波活动通量,诊断了引起三年季节内活动异常的热带和中纬度ISO变率特点。结果显示影响三年季节内降水的ISO差异较大。1991年受到来自印度洋10~30 d和中纬度高层Rossby波10~30 d的ISO共同影响,造成周期为20~30 d的低频降水;1998年ISO来源路径单一,受中北太平洋30~60 d和10~30 d的ISO西传叠加作用,降水表现为20~40 d的振荡;引起2016年季节内降水异常的ISO源地较多,既有来自印度洋向东北传播30~60 d的ISO,又有来自太平洋向西北传播10~30 d的ISO,还有来自热带外10~30 d的ISO,三者在长江中下游汇合,引起降水10~20 d的振荡。研究结果对认识长江中下游夏季集中降水的形成有重要意义。   相似文献