NASA衛(wèi)星首獲巨大太平洋海嘯高分辨率全景圖

一場(chǎng)發(fā)生在俄羅斯勘察加半島附近、震級(jí)達(dá)8.8級(jí)的強(qiáng)烈地震，在7月下旬掀起橫掃太平洋的海嘯，而一顆專門用于測(cè)量海洋表面高度的衛(wèi)星，首次以高分辨率從太空完整“追蹤”到了這股巨浪。

最新發(fā)表于《The Seismic Record》的一項(xiàng)研究指出，美國(guó)和法國(guó)聯(lián)合研制的“地表水與海洋地形”（SWOT）衛(wèi)星，記錄下了由這次俯沖帶地震所觸發(fā)大型海嘯的首條高分辨率空間觀測(cè)軌跡，呈現(xiàn)出遠(yuǎn)比預(yù)期復(fù)雜得多的波動(dòng)結(jié)構(gòu)，能量在浩瀚洋面上不斷擴(kuò)散與散射。研究人員認(rèn)為，這一成果有望幫助人類更深入理解海嘯傳播機(jī)理，進(jìn)而改進(jìn)對(duì)沿海地區(qū)潛在影響的評(píng)估。

該研究由冰島大學(xué)研究人員安赫爾·魯伊斯?安古洛（Angel Ruiz-Angulo）等人完成，他們將SWOT衛(wèi)星獲取的海面高度數(shù)據(jù)，與布設(shè)在海嘯傳播路徑上的DART（深海海嘯評(píng)估與報(bào)告）浮標(biāo)觀測(cè)記錄進(jìn)行了聯(lián)合分析。結(jié)果不僅揭示了異常復(fù)雜的海嘯波形細(xì)節(jié)，也為重建這次勘察加—千島弧俯沖帶8.8級(jí)大地震的破裂過程提供了新約束；這場(chǎng)地震發(fā)生在7月29日，是1900年以來全球記錄到的第六大地震。

魯伊斯?安古洛形容，SWOT數(shù)據(jù)就像給科研人員換上了一副“新眼鏡”。此前，科研界主要依賴遍布太平洋的DART浮標(biāo)獲取海嘯信息，只能在海洋遼闊面域上的有限點(diǎn)位“抽樣”記錄海嘯信號(hào)；其他衛(wèi)星雖然也能觀測(cè)海面高度變化，但在理想情況下也只能“掃過”海嘯的一條細(xì)線。相比之下，SWOT每次過境可以獲取寬達(dá)約120公里的海面條帶數(shù)據(jù)，并以前所未有的高空間分辨率刻畫海面高度起伏。

SWOT衛(wèi)星于2022年12月發(fā)射，由美國(guó)航天局與法國(guó)國(guó)家太空研究中心（CNES）合作研制，其核心任務(wù)是開展全球地表水體和海洋表面的首次高精度測(cè)繪。魯伊斯?安古洛表示，他和合著者查理·德·馬雷茲（Charly de Marez）此前已利用SWOT數(shù)據(jù)研究海洋中的小尺度渦旋等結(jié)構(gòu)長(zhǎng)達(dá)兩年多，原本并未想到有機(jī)會(huì)“撞見”一次大型海嘯。

這次觀測(cè)也迫使科研界重新思考大型海嘯的傳播特性。長(zhǎng)期以來，主流觀點(diǎn)認(rèn)為，波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于海洋平均水深的巨型海嘯屬于“非色散波”，在跨洋傳播過程中應(yīng)當(dāng)以整體波形為主，能量不易分裂成多組波。然而，SWOT獲取的這次事件數(shù)據(jù)，卻清晰顯示出色散效應(yīng)的存在：海嘯能量在傳播過程中分解為多組不同波分量，并表現(xiàn)出顯著的空間散開和結(jié)構(gòu)調(diào)制。

研究團(tuán)隊(duì)將包含色散行為的數(shù)值模擬結(jié)果與衛(wèi)星和浮標(biāo)實(shí)測(cè)進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，這類“色散模型”與真實(shí)觀測(cè)的吻合程度，明顯優(yōu)于沿用傳統(tǒng)假設(shè)的簡(jiǎn)化模型。魯伊斯?安古洛指出，這意味著目前常用的海嘯數(shù)值模型在物理機(jī)制上“缺了點(diǎn)什么”，尤其是對(duì)大尺度海嘯波群內(nèi)部結(jié)構(gòu)和能量再分配的刻畫仍不充分。他進(jìn)一步推測(cè)，這些額外的色散能量，可能導(dǎo)致在海嘯主波峰前后伴隨“尾隨波”調(diào)制，進(jìn)而在靠近某些海岸時(shí)影響到局地波高和到達(dá)順序，這些潛在效應(yīng)都亟待量化并納入未來的預(yù)報(bào)系統(tǒng)中。

在這項(xiàng)研究中，團(tuán)隊(duì)還將SWOT和DART觀測(cè)與此前基于地震震源與地表形變數(shù)據(jù)所做的海嘯預(yù)報(bào)進(jìn)行比對(duì)。他們發(fā)現(xiàn)，在某些深海監(jiān)測(cè)點(diǎn)，傳統(tǒng)預(yù)報(bào)的海嘯到時(shí)與DART實(shí)測(cè)并不吻合：在一個(gè)站點(diǎn)模型給出的到時(shí)偏早，而在另一個(gè)站點(diǎn)則偏晚。為解決這一矛盾，研究人員采用所謂“反演”方法，以浮標(biāo)實(shí)測(cè)為約束重新估計(jì)震源破裂特征，結(jié)果顯示，這次8.8級(jí)地震的破裂帶向南延伸的范圍比以往模型預(yù)估的更遠(yuǎn)，總長(zhǎng)度約達(dá)400公里，明顯長(zhǎng)于先前估計(jì)的300公里。

論文合著者迭戈·梅爾加（Diego Melgar）指出，自2011年日本東北外海9.0級(jí)地震以來，地震學(xué)界逐漸認(rèn)識(shí)到，海嘯觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)于約束淺部斷層滑動(dòng)分布具有極高價(jià)值。近些年，研究者一直嘗試將DART等海嘯數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)的地震波和地表形變量測(cè)整合，但在實(shí)際業(yè)務(wù)中，這類多源數(shù)據(jù)耦合仍未完全常態(tài)化，重要原因之一是：模擬海嘯的流體動(dòng)力學(xué)模型與模擬地震波傳播的固體地球模型在物理與計(jì)算框架上存在較大差異。他強(qiáng)調(diào)，從本次研究再次可以看出，將更多種類的觀測(cè)結(jié)合起來，對(duì)理解震源特性與海嘯行為至關(guān)重要。

勘察加—千島弧一帶是全球著名的強(qiáng)震與海嘯多發(fā)區(qū)。早在1952年，該區(qū)域一次震級(jí)達(dá)9.0級(jí)的大地震便曾引發(fā)橫掃太平洋的大海嘯，并直接推動(dòng)了國(guó)際海嘯預(yù)警體系的建立，這一體系也在2025年的此次事件中發(fā)揮了預(yù)警和發(fā)布警報(bào)的關(guān)鍵作用。

科研人員表示，隨著類似SWOT的衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)持續(xù)積累，未來有望在實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)海嘯預(yù)報(bào)方面發(fā)揮更大作用。魯伊斯?安古洛表示，如果今后能夠在更多實(shí)際事件中重復(fù)這類成果，將有助于向決策層和資助方證明：投入專門的衛(wèi)星觀測(cè)能力，對(duì)提升全球海嘯監(jiān)測(cè)與預(yù)警水平具有長(zhǎng)遠(yuǎn)價(jià)值。