学院雷久侯教授课题组联合美国麻省理工学院Haystack观象台张顺荣研究员，结合数值模拟与卫星观测，揭示了汤加火山喷发能量跨越大气多圈层传播并影响低轨道卫星高度的大气层的物理过程。相关成果以“Were Gravity Waves or Lamb Waves Responsible for the Large-Scale Thermospheric Response to the Tonga Eruption”为题于4月3日发表在国际知名期刊《AGU Advances》，并入选美国地球物理学会（AGU）会刊《Eos》亮点论文（Editors’Highlights）。

图.2022年1月15日汤加火山喷发期间，GRACE-FO卫星探测的沿轨道中性大气密度（单位：10⁻¹² kg/m³）及HIAMCM模拟的大气温度变化（单位：K）。

2022年1月15日，南太平洋汤加海底火山剧烈喷发，其喷发羽流高度超过57公里，成为卫星观测时代以来最强火山活动之一。这场“世纪喷发”不仅在地表引发了地震、海啸以及对流层大气扰动，更在数小时内波及高达500公里的卫星轨道高度大气层。研究团队利用GRACE-FO低轨道卫星探测的热层密度扰动信号，结合对大气扰动传播路径的完整模拟与重建，还原了能量传输的关键过程。

汤加火山喷发形成的巨大羽流突破对流层和平流层，同时激发了初级重力波（Primary GWs）；初级重力波向上传播并逐渐耗散，在低热层区域再次激发出波长更长、传播更远的次级重力波（Secondary GWs）。这一系列重力波如同“能量接力棒”，将地表扰动能量持续向上传输，直达空间站高度的热层区域，形成了显著的大尺度热层波动，并在全球范围内重塑了热层大气的分布结构。另外，模拟表明火山喷发激发的Lamb波也可上传并影响高层大气，然而幅度相对较小，约为次级重力波的四分之一。

这项研究不仅深化了学术界对地表强扰动事件如何影响空间环境的认识，也为高层大气模式优化、近地飞行器轨道定位与预报奠定理论基础。

论文第一作者为学院特任副研究员李若曦，通讯作者为学院雷久侯教授。该成果得到了国家自然科学基金委卓越创新群体（基础科学中心）、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队、中国科学院B类先导专项等项目支持。

论文信息：Li, R., Lei, J., Zhang, S. R., Liu, F., Chen, X., Luan, X., & Meng, X. (2025). Were Gravity Waves or Lamb Waves Responsible for the Large-Scale Thermospheric Response to the Tonga Eruption? AGU Advances, 6(2), e2024AV001470.

论文链接：https://doi.org/10.1029/2024AV001470

《Eos》是美国地球物理学会的重要新闻平台，其“Editors’ Highlights”栏目专注于报道AGU旗下期刊中具有重大科学价值和广泛影响力的研究成果。论文相关的《Eos》新闻链接：https://eos.org/editor-highlights/tongas-volcanic-fury-ripples-to-the-netherworld