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        地震会在地球的高层大气中产生连锁反应，从而破坏我们所依赖的卫星通信和导航系统。 名古屋大学的科学家及其合作者利用日本广泛的全球导航卫星系统 （GNSS） 接收器网络，创建了 2024 年能登半岛地震引起的大气扰动的首个 3D 图像。 他们的结果以独特的 3D 细节显示了声波干扰模式，并为如何地震会产生这些波。 研究结果发表在《地球、行星与太空》（Earth， Planets and Space）杂志上。

         绘制电离层中的电子密度

         日本在全国分布了 4,500 多台 GNSS 接收器，是世界上网络最密集的国家之一。 这些接收器有助于精确定位跟踪，还可以检测高层大气中称为电离层的区域的变化。 由 Dr. Weizheng Fu 和名古屋大学 Yuichi Otsuka 教授2024 年 1 月 1 日，日本石川县发生 7.5 级能登半岛地震后，天地环境研究所 （ISEE） 捕获了电离层电子密度变化的详细 3D 结构。

         当卫星信号穿过电离层时，由于无线电波与带电粒子相互作用，它们会减慢速度。 通过测量信号减慢的程度，科学家可以计算出signals' path 并映射总电子含量。 绘制这些电子使它们能够有效地探测和监测电离层的状态。

         地震发生后约 10 分钟，它产生的声波向上穿过大气层，到达电离层（距离地球 60-1000 公里）。 这会产生类似于向池塘中扔石头的涟漪扰动。

         为了构建波形的 3D 模型，研究人员使用了一种称为“断层扫描”的技术——类似于CT 扫描可创建人体的 3D 图像。 他们从数千个接收器收集了电子数数据，这些接收器以不同角度跟踪来自卫星的信号。 通过跟踪地震后不同时间的 3D 模型，他们创建了一个电子密度如何变化的时间序列。

         从整个断层线产生的声波，而不是从震中以南的单个点

         产生，研究人员观察到一种倾斜的声波模式，随着时间的推移逐渐变得更加垂直。当地震产生声波在大气中向上传播时，声波的上部移动速度比下部移动得更快。 这使得波前在移动时倾斜或倾斜。 随着时间的推移，倾斜的模式逐渐变直为更垂直的对齐方式。

         研究人员首次制作了地震事件期间倾斜角如何随时间变化的详细 3D 可视化。 他们追踪了倾斜的波浪模式如何以前所未有的方式逐渐变直细节。 以前的模型假设所有声波都来自地震中心的单个点。 虽然这与他们的一些观察结果相符，但无法解释他们在 3D 图像中看到的复杂、不均匀的波型。 为了理解这一点，他们在模型中包括了来自断层线沿线多个波源的数据，假设断层的某些部分在初始破裂后约 30 秒产生波。 结果更符合他们的真实观察结果和表明地震不会只从一个点产生大气波，而是从整个断层的多个点产生大气波，因为不同的部分会随着时间的推移而破裂。 这就解释了为什么观察到的大气扰动（例如倾斜波）比以前更简单的模型预测的要复杂。

         “通过包括多个分布式源和时间延迟，我们改进的建模可以更准确地表示这些波如何在高层大气中传播，”“Otsuka 教授强调。

         “电离层中的干扰会干扰卫星通信和定位精度。 如果我们更好地了解这些模式，我们可以提高在地震期间和之后保护敏感技术的能力，并加强针对类似自然事件的早期预警系统，“博士。 主要作者 Weizheng Fu 补充道。

         展望未来，研究人员正在努力将他们的模型应用于其他自然事件，例如火山喷发、海啸和恶劣天气事件。