美国国家航空航天局研究人员通过大气中的隆隆声探测海啸

1946年4月1日，夏威夷奥诺米亚湾发生致命海啸，海浪翻腾，海水上涨了30多英尺（9米）。新兴技术可以通过向太空投掷的声波和重力波纹来帮助探测这些自然灾害。

新的危险监测技术利用全球定位系统信号在太平洋火环进行海浪探测。GUARDIAN的长期目标是增强早期预警系统。

海啸由地震、海底火山和其他震撼地球的力量引发，可以摧毁沿海社区。当涉及到提供预警时，每一秒都很重要。美国国家航空航天局喷气推进实验室的科学家们正在测试一种新的方法，从遥远的大气层探测海洋中最致命的海浪。

这项名为GUARDIAN（全球导航卫星系统高层大气实时灾害信息和警报网络）的实验监测系统利用了环绕地球运行的GPS和其他寻路卫星集群的数据。这些集群统称为全球导航卫星系统。他们的无线电信号传输到世界各地数百个科学地面站，这些数据由JPL的全球差分GPS（GDGPS）网络处理，该网络将实时定位精度提高到几英寸（约10厘米）。

新系统对信号进行筛选，寻找地球上某个地方出现海啸的线索。它是如何工作的？在海啸期间，许多平方英里的海面几乎可以同时上升和下降，使其上方的大量空气流离失所。流离失所的空气以低频声波和重力波的形式向各个方向扩散。在几分钟内，这些振动到达大气层的最顶层：太阳加热的带电电离层。随之而来的压力波与带电粒子的碰撞可能会使附近导航卫星的信号稍微失真。

这部动画展示了2011年3月11日东北大地震和海啸产生的能量波如何穿透日本附近的地球电离层，扰乱电子密度。这些干扰是通过跟踪卫星和地面接收器之间的GPS信号来监测的。

开发GUARDIAN的喷气推进实验室科学家Léo Martire指出，虽然导航工具通常试图纠正这种电离层扰动，但科学家可以将其用作救生警钟。Martire说：“我们没有将其作为错误进行纠正，而是将其作为发现自然灾害的数据。”。

同类中最快的监控工具

Martire说，这项技术仍在成熟。他是联合国全球导航卫星系统国际委员会一个工作组的联合主席，该工作组正在探索使用导航卫星系统来加强预警战略。目前，GUARDIAN的近实时输出必须由受过识别海啸迹象培训的专家进行解释。但它已经是同类监测工具中速度最快的工具之一：在10分钟内，它可以产生海啸隆隆声到达电离层的快照。根据海啸发源地与海岸的距离，它可能会提供长达一小时的警告。

JPL开发团队成员Siddharth Krishnamoorthy表示：“我们设想有一天GUARDIAN将补充现有的地面和海洋仪器，如地震仪、浮标和潮汐计，这些仪器非常有效，但缺乏对公海的系统覆盖。”。隶属于美国国家航空航天局灾难项目的科学家目前在全球导航卫星系统台站使用地面仪器来更快地探测海啸。

2004年12月26日，泰国普吉岛发生海底地震，随后发生了灾难性海啸。作为现代史上最致命的自然灾害之一，多个国家至少有22.5万人死亡。

“当海洋附近发生大地震时，我们想快速了解地震的震级和特征，以了解海啸发生的可能性，我们想知道是否真的发生了海啸，”华盛顿NASA总部地球表面和内部项目科学家Gerald Bawden说。“如今，有两种方法可以知道海啸是否在登陆前产生——NOAA的DART浮标和GNSS电离层观测。浮标数量有限，而且非常昂贵，因此像GUARDIAN这样的系统有可能补充当前的预警系统。”

现在，守护者团队专注于太平洋地质活跃的火环。根据美国国家海洋和大气管理局（NOAA）维护的历史数据库，1900年至2015年间确认的750多起海啸中，约78%发生在该地区。GUARDIAN目前监测太平洋感兴趣地区的一半多一点。

GUARDIAN团队正在开发一个网站，使专家能够通过研究全球导航卫星系统网络上的各个卫星站链接，近实时地探索电离层的状态。用户可以访问太平洋火环周围约90个站点的数据，并在事件发生后几分钟内发现感兴趣的信号。该团队旨在扩大覆盖范围并完善该系统，使其能够自动标记海啸和其他危险，包括火山爆发和地震。