2023年9月，科學(xué)家們探測到一個(gè)奇怪的全球地震信號，該信號每90秒重復(fù)一次，持續(xù)了9天，一個(gè)月后再次出現(xiàn)。近一年后，兩項(xiàng)科學(xué)研究表明，該信號是由東格陵蘭島一個(gè)偏遠(yuǎn)峽灣發(fā)生的兩次強(qiáng)烈海嘯引起的。

科學(xué)家利用衛(wèi)星和地震數(shù)據(jù)證明格陵蘭島峽灣的巨型海嘯產(chǎn)生了震動(dòng)地球的駐波。這些海嘯是由與一座未命名冰川變暖相關(guān)的大型山體滑坡引發(fā)的。據(jù)信，由此產(chǎn)生的海浪被困在峽灣中，形成了駐波，或稱“湖震”，來回移動(dòng)，并產(chǎn)生了異常的地震活動(dòng)。

到目前為止，還沒有對這些地震的直接觀測來證實(shí)這一理論。即使是在第一次地震發(fā)生三天后進(jìn)入峽灣的一艘丹麥軍艦，也未能探測到導(dǎo)致地球震動(dòng)的海浪。

在這項(xiàng)新研究中，牛津大學(xué)的研究人員采用了創(chuàng)新的分析方法來檢驗(yàn)衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)。這類數(shù)據(jù)通過記錄雷達(dá)脈沖從衛(wèi)星傳播到地面并返回所需的時(shí)間來測量地球表面（包括海洋）的高度。

迄今為止，傳統(tǒng)的衛(wèi)星高度計(jì)無法探測到這種海浪，因?yàn)闇y量間隔很長，而且它們只能在衛(wèi)星正下方收集數(shù)據(jù)，從而生成沿海面的一維剖面圖。這些限制使得觀測識(shí)別海浪所需的高度差變得困難。

哥白尼哨兵2號衛(wèi)星拍攝的東格陵蘭迪克森峽灣照片，與SWOT衛(wèi)星觀測到的10月11日海嘯造成的海面高度疊加。圖片來源：Thomas Monahan。圖片來源：Thomas Monahan

在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)使用了來自新型地表水海洋地形（SWOT）衛(wèi)星的數(shù)據(jù)。該衛(wèi)星于2022年12月發(fā)射，用于繪制地球表面90%面積的水位高度圖。SWOT衛(wèi)星配備了先進(jìn)的Ka波段雷達(dá)干涉儀（KaRIn），該干涉儀使用安裝在衛(wèi)星兩側(cè)10米長支架上的兩根天線。

這些天線協(xié)同工作，對雷達(dá)脈沖的返回信號進(jìn)行三角測量，使它們能夠在 30 英里（50 公里）寬的范圍內(nèi)以極高的精度（分辨率高達(dá) 2.5 米）測量海洋和地表水位。

研究人員利用KaRIn數(shù)據(jù)，繪制了兩次海嘯后不同時(shí)間點(diǎn)格陵蘭峽灣的海拔圖。這些圖清晰地顯示了跨水道的坡度，高度差高達(dá)兩米。至關(guān)重要的是，這些圖中的坡度方向相反，表明海水在水道中來回流動(dòng)。

哥白尼哨兵2號衛(wèi)星拍攝的格陵蘭島東部迪克森峽灣照片。圖片來源：托馬斯·莫納漢。圖片來源：托馬斯·莫納漢

為了證明他們的理論，研究人員將這些觀測結(jié)果與數(shù)千公里外測量到的地殼微小運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來。這種聯(lián)系使他們能夠重建波浪的特征，即使是在衛(wèi)星未觀測到的時(shí)間段內(nèi)。研究人員還重建了天氣和潮汐條件，以確認(rèn)這些觀測結(jié)果不可能是由風(fēng)或潮汐引起的。

主要作者托馬斯·莫納漢（牛津大學(xué)工程科學(xué)系博士生）表示：“氣候變化正在引發(fā)新的、前所未見的極端天氣。這些極端天氣在北極等偏遠(yuǎn)地區(qū)變化最為迅速，而我們利用物理傳感器測量這些極端天氣的能力有限。這項(xiàng)研究展示了我們?nèi)绾卫孟乱淮l(wèi)星地球觀測技術(shù)來研究這些過程。”

“SWOT 將徹底改變研究峽灣等區(qū)域海洋過程的方式，以前的衛(wèi)星很難觀測到這些區(qū)域。”

論文合著者、牛津大學(xué)工程科學(xué)系教授托馬斯·阿德科克表示：“這項(xiàng)研究是下一代衛(wèi)星數(shù)據(jù)如何解決過去一直未解之謎的現(xiàn)象的一個(gè)例子。我們將能夠?qū)[、風(fēng)暴潮和異常巨浪等海洋極端事件獲得新的見解。然而，為了最大限度地利用這些數(shù)據(jù)，我們需要?jiǎng)?chuàng)新，并利用機(jī)器學(xué)習(xí)和我們對海洋物理的知識(shí)來解讀我們的新成果。”

編譯自/ScitechDaily