Forskere ser til himlen for at forbedre opdagelsen af ​​tsunami

Et team af forskere fra Sapienza University i Rom, Italien, og NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien, har udviklet en ny tilgang til at hjælpe med den løbende udvikling af rettidige tsunamidetekteringssystemer, baseret på målinger af, hvordan tsunamier forstyrrer en del af Jordens atmosfære.

Den nye tilgang, kaldet Variometric Approach for real-time Ionosphere Observation, eller VARION, bruger observationer fra GPS og andre globale navigationssatellitsystemer (GNSS) til at registrere, i realtid, forstyrrelser i Jordens ionosfære forbundet med en tsunami. Ionosfæren er laget af Jordens atmosfære placeret fra omkring 50 til 621 miles (80 til 1, 000 kilometer) over Jordens overflade. Det ioniseres af sol- og kosmisk stråling og er bedst kendt for aurora borealis (nordlys) og aurora australis (sydlys).

Når en tsunami dannes og bevæger sig over havet, toppen og bølgerne i dens bølger komprimerer og forlænger luften over dem, skaber bevægelser i atmosfæren kendt som indre tyngdekraftsbølger. Bølgerne af indre tyngdekraftsbølger forstærkes, når de bevæger sig opad i en atmosfære, der bliver tyndere med højden. Når bølgerne når en højde på mellem 186 til 217 miles (300 til 350 kilometer), de forårsager påviselige ændringer i tætheden af ​​elektroner i ionosfæren. Disse ændringer kan måles, når GNSS signalerer, såsom GPS'er, rejse gennem disse tsunami-inducerede forstyrrelser.

VARION blev designet under ledelse af Sapienzas Mattia Crespi. Hovedforfatteren til algoritmen er Giorgio Savastano, en doktorand i geodesi og geomatik på Sapienza og en tilknyttet medarbejder ved JPL, som gennemførte videreudvikling og validering af algoritmen. Arbejdet blev for nylig skitseret i en Sapienza- og NASA-finansieret undersøgelse offentliggjort i Nature's Videnskabelige rapporter tidsskrift.

I 2015, Savastano blev tildelt et stipendium af Consiglio Nazionale degli Ingegneri (CNI) og italienske forskere og forskere i North America Foundation (ISSNAP) til en to-måneders praktikplads ved JPL, hvor han sluttede sig til Ionospheric og Atmospheric Remote Sensing Group under tilsyn af Attila Komjathy og Anthony Mannucci.

"VARION er et nyt bidrag til fremtidige integrerede operationelle systemer til tidlig varsling af tsunami, "sagde Savastano." Vi integrerer i øjeblikket algoritmen i JPL's Global Differential GPS System, som vil give adgang i realtid til data fra omkring 230 GNSS-stationer rundt om i verden, der indsamler data fra flere satellitkonstellationer, herunder GPS, Galileo, GLONASS og BeiDou. "Da betydelige tsunamier er sjældne, udøvelse af VARION ved hjælp af en række forskellige realtidsdata vil hjælpe med at validere algoritmen og fremme forskning om denne tsunamidetekteringsmetode.

Savastano siger, at VARION kan indgå i designundersøgelser for rettidige tsunamidetekteringssystemer, der bruger data fra en række forskellige kilder, herunder seismometre, bøjer, GNSS-modtagere og havbundne trykfølere.

Når et jordskælv er registreret på et bestemt sted, et system kunne begynde at behandle realtidsmålinger af fordelingen af ​​elektroner i ionosfæren fra flere jordstationer placeret nær jordskælvets epicenter, søger efter ændringer, der kan være korreleret med den forventede dannelse af en tsunami. Målingerne ville blive indsamlet og behandlet af en central behandlingsfacilitet for at levere risikovurderinger og kort for individuelle jordskælvshændelser. Brugen af ​​flere uafhængige datatyper forventes at bidrage til systemets robusthed.

"Vi forventer at vise, at det er muligt at bruge ionosfæriske målinger til at opdage tsunamier, før de påvirker befolkede områder, "sagde Komjathy." Denne tilgang vil tilføje yderligere oplysninger til eksisterende systemer, supplerer andre tilgange. Andre farer kan også målrettes ved hjælp af realtids ionosfæriske observationer, herunder vulkanudbrud eller meteoritter. "

Iagttagelse af ionosfæren, og hvordan terrestrisk vejr under det grænseflader med rummet ovenfor, er fortsat et vigtigt fokus for NASA. To nye missioner-Ionospheric Connection Explorer og Global Observations of the Limb and Disk-er planlagt til at starte i begyndelsen af ​​2018 for at observere ionosfæren, hvilket i sidste ende skulle forbedre en lang række modeller, der bruges til at beskytte mennesker på jorden og satellitter i rummet.