中国科大研究表明利用飓风触发的微弱地震信号可实时监测飓风 2015-09-25
  飓风激发的海浪在海底产生压强扰动,将能量传递给固体地球,产生微弱的地震波。科学家可以通过提取地震信号,迅速定位震源位置并测量其强度,从而使有效、实时监测飓风成为可能。9月21日,国际地球物理学界权威杂志《地球物理学研究》在线发表了由中国科学技术大学地震与地球内部物理实验室博士生陈箫翰、田冬冬和导师温联星教授完成的这项研究成果。

 

众所周知,飓风是极具破坏力的自然现象之一,目前传统的飓风监测方法依赖于卫星、飞机与地面气象观测,而这些监测手段都具有很大的局限性。比如卫星不能很好地观测到飓风强度的急剧变化,且当飓风丧失一些热带气旋特征时,卫星观测手段就难以估计其强度。而气象监测部门的侦查飞机则无法对飓风内部的结构进行有效、持续和全面的观测,地面气象观测台站更是远离飓风中心,无法直接监测飓风中心的强度和结构。

飓风风眼墙底部的海面气压扰动激发海浪,而海浪之间的非线性相互作用则在海底

产生压强扰动,将能量传递给固体地球,产生微弱的地震波。中国科大研究建立了

一个大气、海洋和固体地球的耦合物理模型,利用记录到的地震波信息监测飓风。

 

“但是,飓风会促使大气、海洋和固体地球相互耦合。”温联星教授介绍说,飓风通过风眼墙底部的气压扰动激发海浪,海浪的非线性相互作用在海底产生压强扰动,如同击鼓一般将能量传递给固体地球,产生微弱的地震波。因此,通过测量由飓风触发的微弱地震波,可以实现对飓风的实时、有效的监测。

 

不过,虽然科学家们早在几十年前就观测到这种地震信号,但由于它强度微弱、波形杂乱,学术界一直缺乏有效的方法对其震源进行定位和定量研究。中国科大研究发现,虽然绝大部分飓风触发的地震信号确实表现得杂乱无章、无任何相关性,但是相对于飓风中心排列的地震台站之间的地震信号则存在相关性。这一属性的发现使得地震信号的到达时间差能够被精确提取,从而可以对飓风触发的地震信号的震源位置进行定位,并测量其强度。

 

为此,温联星研究组研究建立了一个大气、海洋和固体地球相互耦合的物理模型,利用地震信号成功追踪2012年桑迪飓风中心位置,并监测飓风中心的海面气压扰动与海浪高度。研究还发现了传统卫星监测方法所无法观测到的、飓风消失以后的潜在灾害。研究显示美国新英格兰附件海域在桑迪飓风消失后仍然存在地震源,表明这些地区依然存在被海浪袭击的风险。

 

以格林尼治时间2012年10月27日17:30到18:30时为例,利用桑迪飓风触发的地震

信号对其震源的定位结果。绿色三角形表示所用的地震台站,红色连线相连的台站对

代表具有相关性,并用于震源定位的台站配对。图中具用三种不同颜色的路径为美国

国家飓风中心推断的桑迪飓风的路径,路径中蓝色的点为美国国家飓风中心推断的不

同时刻飓风中心的位置,而红色的点和路径则为地震学定位的结果。路径中的不同颜

色标示桑迪飓风所处的三种不同阶段。

 

这一研究成果表明,地震学可以成为一种有效、实时的飓风监测手段,为飓风内部动力学研究实时提供其中心区域气压扰动数据,同时监测飓风消失后依然存在的潜在灾害。该研究为现代地震学的应用提供了一个崭新的方向。

 

                 (地球和空间科学学院)

 

论文链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2015JB012282/full

Science News 专题新闻科普文章链接:https://www.sciencenews.org/article/hurricane’s-tiny-earthquakes-could-help-forecasters


     
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