NASA卫星首次高分辨率捕捉巨型太平洋海啸全貌

美国宇航局（NASA）用于观测海面高度的“水面与海洋地形表面高度卫星”（SWOT）在今年7月底堪察加半岛外海发生强震时，意外获得了一次前所未有的高分辨率巨大海啸观测，为科学界提供了首次来自太空的精细海啸全景图像。

研究人员在最新发表于《The Seismic Record》期刊的论文中指出，这次观测揭示出海啸波在太平洋盆地内传播和相互作用的复杂细节，挑战了长期以来关于大型海啸“几乎不发生色散、形态基本保持完整”的传统认识。

7月29日，库页岛—堪察加俯冲带发生矩震级8.8级强烈地震，是自1900年以来全球记录到的第六大地震，并在太平洋上激发了一次横跨大洋的海啸。 冰岛大学的Angel Ruiz-Angulo及其团队将SWOT获取的海面高度数据，与布设在海啸路径上的深海海啸观测浮标（DART）记录结合分析，重建了这次事件的波动过程。 SWOT的观测显示，海啸在太平洋盆地内呈现出精细而复杂的波动结构，多个波列在空间上交织叠加，远超以往仅靠少数浮标和传统高度计“沿一条细线掠过”时所能看到的有限信息。

SWOT卫星由NASA与法国国家太空研究中心联合研制，于2022年12月发射，最初目标是实现对地球表面水体（包括海洋、湖泊与河流）的全球高精度测量。 通过宽达约120公里的观测条带和高空间分辨率数据，SWOT能够在短时间内捕捉大范围海域的海面高度微小起伏，此前主要应用于研究海洋涡旋等精细动力过程。 Ruiz-Angulo表示，团队原本只是利用SWOT数据研究小尺度海洋结构，并未预料到能“碰巧”抓住一次大规模海啸事件，从而为海啸研究打开一个全新的观测窗口。

传统海啸理论中，由于大海啸的波长远大于海洋深度，此类波通常被视为“非色散”重力波，即在传播过程中整体波形基本保持，不会明显分解成前导波和后续波列。 然而，SWOT这次获得的数据却呈现出显著的色散特征：在主波峰之后，存在一系列尾随波列，其传播和能量分布与考虑色散效应的数值模拟结果更加吻合。 研究团队据此认为，现有将大型海啸简单视作非色散波的假设并不完备，有必要在预报和模拟模型中进一步纳入色散相关的动力学机制。

在对观测与模拟进行比对时，研究人员还发现，利用地震波及地表形变数据构建的早期海啸源模型，与部分DART潮位站实测记录并不完全一致：模型预报的海啸抵达时间在两个观测点分别出现偏早和偏晚的情况。 团队随后以DART数据为约束开展反演分析，重新评估地震破裂区域的空间范围，结果显示，这次堪察加地震的破裂带向南侧延伸更远，总破裂长度约达400公里，而此前模型给出的估计约为300公里。

研究合作者Diego Melgar指出，自2011年日本东北海域9.0级地震以来，科学界愈发认识到海啸数据在约束浅层滑动分布方面的重要价值。 不过，由于对海啸传播进行流体动力学建模与对固体地球进行地震波传播模拟在技术上差异巨大，将两类数据系统性整合至同一反演框架仍非业界常规做法。 这次SWOT与DART联合分析再次表明，充分融合多源观测数据，有助于更准确刻画大地震破裂过程和由此触发的海啸特征。

库页岛—堪察加俯冲带曾在1952年发生过一次矩震级9.0的大地震，引发巨大的太平洋海啸，并直接推动了后续面向整个太平洋区域的国际预警体系建设，这套体系也在2025年事件中再次发挥了作用。 Ruiz-Angulo表示，如果未来能够在预报业务中常态化使用类似SWOT这样的高分辨率卫星观测数据，有望显著提升实时或近实时海啸预警的精度与可靠性。 论文作者认为，这次“偶然捕捉”的巨大海啸，为论证卫星高度计在海啸监测和灾害预警中的应用价值提供了强有力的实证依据。

编译自/ScitechDaily