NASA衛星首次高分辨率捕捉巨型太平洋海嘯全貌

美國宇航局（NASA）用于觀測海面高度的“水面與海洋地形表面高度衛星”（SWOT）在今年7月底堪察加半島外海發生強震時，意外獲得了一次前所未有的高分辨率巨大海嘯觀測，為科學界提供了首次來自太空的精細海嘯全景圖像。

研究人員在最新發表于《The Seismic Record》期刊的論文中指出，這次觀測揭示出海嘯波在太平洋盆地內傳播和相互作用的復雜細節，挑戰了長期以來關于大型海嘯“幾乎不發生色散、形態基本保持完整”的傳統認識。

7月29日，庫頁島—堪察加俯沖帶發生矩震級8.8級強烈地震，是自1900年以來全球記錄到的第六大地震，并在太平洋上激發了一次橫跨大洋的海嘯。 冰島大學的Angel Ruiz-Angulo及其團隊將SWOT獲取的海面高度數據，與布設在海嘯路徑上的深海海嘯觀測浮標（DART）記錄結合分析，重建了這次事件的波動過程。 SWOT的觀測顯示，海嘯在太平洋盆地內呈現出精細而復雜的波動結構，多個波列在空間上交織疊加，遠超以往僅靠少數浮標和傳統高度計“沿一條細線掠過”時所能看到的有限信息。

SWOT衛星由NASA與法國國家太空研究中心聯合研制，于2022年12月發射，最初目標是實現對地球表面水體（包括海洋、湖泊與河流）的全球高精度測量。 通過寬達約120公里的觀測條帶和高空間分辨率數據，SWOT能夠在短時間內捕捉大范圍海域的海面高度微小起伏，此前主要應用于研究海洋渦旋等精細動力過程。 Ruiz-Angulo表示，團隊原本只是利用SWOT數據研究小尺度海洋結構，并未預料到能“碰巧”抓住一次大規模海嘯事件，從而為海嘯研究打開一個全新的觀測窗口。

傳統海嘯理論中，由于大海嘯的波長遠大于海洋深度，此類波通常被視為“非色散”重力波，即在傳播過程中整體波形基本保持，不會明顯分解成前導波和后續波列。 然而，SWOT這次獲得的數據卻呈現出顯著的色散特征：在主波峰之后，存在一系列尾隨波列，其傳播和能量分布與考慮色散效應的數值模擬結果更加吻合。 研究團隊據此認為，現有將大型海嘯簡單視作非色散波的假設并不完備，有必要在預報和模擬模型中進一步納入色散相關的動力學機制。

在對觀測與模擬進行比對時，研究人員還發現，利用地震波及地表形變數據構建的早期海嘯源模型，與部分DART潮位站實測記錄并不完全一致：模型預報的海嘯抵達時間在兩個觀測點分別出現偏早和偏晚的情況。 團隊隨后以DART數據為約束開展反演分析，重新評估地震破裂區域的空間范圍，結果顯示，這次堪察加地震的破裂帶向南側延伸更遠，總破裂長度約達400公里，而此前模型給出的估計約為300公里。

研究合作者Diego Melgar指出，自2011年日本東北海域9.0級地震以來，科學界愈發認識到海嘯數據在約束淺層滑動分布方面的重要價值。 不過，由于對海嘯傳播進行流體動力學建模與對固體地球進行地震波傳播模擬在技術上差異巨大，將兩類數據系統性整合至同一反演框架仍非業界常規做法。 這次SWOT與DART聯合分析再次表明，充分融合多源觀測數據，有助于更準確刻畫大地震破裂過程和由此觸發的海嘯特征。

庫頁島—堪察加俯沖帶曾在1952年發生過一次矩震級9.0的大地震，引發巨大的太平洋海嘯，并直接推動了后續面向整個太平洋區域的國際預警體系建設，這套體系也在2025年事件中再次發揮了作用。 Ruiz-Angulo表示，如果未來能夠在預報業務中常態化使用類似SWOT這樣的高分辨率衛星觀測數據，有望顯著提升實時或近實時海嘯預警的精度與可靠性。 論文作者認為，這次“偶然捕捉”的巨大海嘯，為論證衛星高度計在海嘯監測和災害預警中的應用價值提供了強有力的實證依據。

編譯自/ScitechDaily