调查电离层重力波次声

地球电离层为下层大气和外空间提供关键屏障-然而对于该层复杂动态如何受低频大气波影响知之甚少-该波波生成近地球表面布拉格大气物理学院Jaroslav Chum博士研究使用高级观察技术调查'次声'和'重力波'独有物理特征团队发现可能对大气科学产生重要影响 — — 系统包括卫星通讯和自然灾害预警

地球大气上层外流高能带电粒子和太阳光子自由穿透空间太阳风若能到达地球表面将造成巨大破坏-然而当粒子和光子与上层大气交互时,它们的能量随着去除中和电原子而消散生成层等离子体, 内含中性原子残余物 和自由移动电子 不受原子核约束命名电离层时,该层覆盖高度约50至1,000公里不等。

电离层和太阳风之间的交互作用现已广泛研究,但对这一重要层如何受下文进程影响知之甚少Chum博士解释道 电离层电离辐射控制多扰动可能来自大气波-包括次声波和重力波-从下向传播

次声波和重力波
二波声波Dr Chum描述声波频率远小于耳能接收量,常由地震或飓风等突发事件产生波段持续四分之久后,这些波能深入高层大气,空密度稀疏会快速减低高频波的能量

此外,重波生成于空气界面,密度不等,如天气前端大气层努力恢复平衡状态时,不同空气体浮和权位之间的交互作用将在空气密度中产生振荡波5分钟以上,也可深入上层大气不与引力波相混淆-全然不同的效果-重力波在连接不同层大气层方面起着重要作用。

丘姆博士团队使用高级测量技术评估重力波和次声波一旦到达电离层的独特性

引力波改变上层大气动态比次声作用大得多重力波在电离层比次声多观察并引起电离层扰动

在最近的两项研究中,Chum博士团队使用高级测量技术评估重力波和次声波一到达电离层时的独特性它们的发现将对我们理解地球大气层深层复杂动态产生重要影响

发送声音频率
电离层电子密度周期变化由大气波导出,可通过分析电离层反射探空波检测因多普勒效应,反射波频率将比原创低或高,程度取决于气波所生成等离子运动速度

Chum博士团队通过前期研究利用此效果直接评估实次声波和重力波的特性包括从数个不同地点向上发送射频量不等的无线电波通过捕捉反射波并测量多普勒在不同地点波动之间的时间延迟,研究人员可判定次声波和重力波的速度、形状和高度:技术命名为多普勒探测和电离层探测

2018至2019年间一年多观察中,Chum博士团队深入演示技术,检测捷克共和国上空电离层重波信号并分析电离层二百公里高地重波传播和特征并使用连续高频多普勒雷达

模式传播修改
和团队所期望的,测量显示清晰重力波穿过上层小段, 以及他们的能量如何消散电离层所见重力波大都向上传播,向下传播推波速率-重力波属性-描述Chum博士减速波能随高度增长

多普勒调频声波确定重波传播速度约100米至220米/秒,波长约80米至300千米不等,波长与高密度等离间距离相对应。此外,结果显示波特征变化全天和跨季

夏天,团队发现海浪往往向北向北向极传播,而在冬季,海浪往往向反向向向向向向向向向向向向向向向向向向向向向向中途向赤道移动引力波向下可看到更多有趣的效果:当它们所载能量垂直向上移动时,浮力效果意味着波向反向向向向向向地球表面移动

签名地震
查姆博士团队使用相似无线电探测技术调查次声波更隐蔽特征-这次取自捷克共和国、阿根廷和台湾的观察第一,研究地震波穿过地球结壳生成声音,这些结壳本身由2011年日本强震以及2015年尼泊尔和智利强震触发地球波与大气交互作用 产生次声波 向上传播到电离层

电离层监控可产生新方式提供海啸预警

研究者指出次声波可到达电离层,因为节能定律-这使他们在飞向日益稀疏高层大气时大增暴风圈扰动波形与地表运动波形大相径庭偏差表现为奇形N形脉冲相似电波 这些特征没有出现在捷克共和国 离所有三次地震千米研究者得出结论,N形脉冲由非线性特效组成,非线性特效因上层大气大次声振荡而产生

卫星通信和预警
团队结果为电离层复杂动态如何受距离地球表面更近过程影响提供了许多新洞察力反之,它们可能对关键通信系统产生重要影响-这些系统必须通过电离层传递接收消息电离层影响电磁波传播,包括全球导航卫星系统信号,了解电磁波在不同时间尺度上的状况和变异性对操作技术系统很重要”,Chum博士解释

其他地方电离层监控可能导致以新方法提供海啸预警这些事件是由强震触发的,震中远在海面上,产生大气扰动,可在海啸撞击海岸线前到达电离层Chum博士补充道, `实时识别海浪引发电离层扰动对未来潜在研究是一个大挑战'可能发现海啸预警系统应用程序,在海啸登陆前会观察到扰动性。 通过从团队结果中提取信息,这些系统可以为脆弱沿海社区提供关键时间撤离并准备海浪

丘姆博士及其同事现在将进一步探索次声和重力波如何影响地球友好环境与外层空间敌对环境之间的动态屏障除基础研究外,它们的发现以及其他电离层团队的发现很快会为新措施提供参考,以改善依赖卫星通信的许多现代系统 — — 有可能从无法预测的自然灾害中拯救多人的生命。