7月下旬，一场地震发生在位于俄罗斯偏远地区的堪察加半岛附近海域，这场地震促使大洋开始运动，并引发了一场波及整个太平洋的海啸。这是一次规模巨大的地震——震级为 8.8 级——袭击了千岛-堪察加俯冲带。尽管此次地震规模巨大，但其引发的海啸却因另一个原因而显得尤为引人注目：这是科学家首次捕捉到高分辨率的、由航天器记录的俯冲带海啸轨迹。这一前所未有的成就应归功于“地表水海洋地形学”（SWOT）卫星。这颗卫星是海洋观测卫星领域不断壮大的队伍中相对较新的成员。

近期发表于《地震记录》杂志的一项研究中，冰岛大学的研究人员安赫尔·鲁伊斯-安古洛及其同事揭示了 SWOT 数据的运用如何揭示出一种复杂且出乎意料的波浪扩散和散射模式，这些波浪遍及整个海洋盆地。科学家们意识到，这一新数据有望帮助他们更好地理解这些波浪的传播方式，而最重要的是，它们可能对太平洋周边的沿海社区构成何种威胁。

海啸追踪技术的演进

多年来，海啸探测工作一直依赖于散布于海洋各处的仪器，例如 DART（深海海啸评估和报告系统）浮标，这些仪器能够测量特定点位上海洋表面的海拔高度。尽管这些仪器提供了宝贵的信息，但它们也存在局限性。“过去，借助 DART 系统，我们只能观测到广阔海洋中特定点位的海啸情况，”鲁伊斯-安古洛解释道。“如今，借助 SWOT 系统，我们能够捕捉到宽约 120 公里的区域，并拥有前所未有的高分辨率海表面数据。”

SWOT 项目于 2022 年 12 月启动，是 NASA 与法国航天机构国家空间研究中心合作开展的一项项目。该项目的宗旨是首次对全球地表水体进行系统观测。这颗卫星最初旨在增进我们对海洋动力学（如小型海洋涡旋）的理解，并监测全球范围内的海平面变化。然而，鲁伊斯-安古洛及其团队未曾预料到的是，这颗卫星竟有幸捕捉到了正在发生的海啸场景。

这一突破令研究人员感到意外，尤其是考虑到该卫星最初的使命并非专门聚焦于追踪海啸。“我们已分析 SWOT 数据超过两年时间，旨在理解海洋中的各种不同过程，如小型涡旋等，从未料想到我们会如此幸运地捕捉到一场海啸，”鲁伊斯-安古洛表示。然而，SWOT 所提供的数据为海啸研究开启了一扇新的大门。

破除旧有假设

SWOT卫星观测结果中最引人注目的发现是它对有关海啸行为长期存在的假设构成了挑战。传统上，研究人员认为大型海啸属于“非散乱”类型。这意味着，由于一次重大海啸的波长远长于海洋的深度，人们通常认为它在行进过程中会保持原有形态，而不会分解为一系列波浪。

但来自 SWOT 的数据揭示出了不同的信息。“此次事件的 SWOT 数据挑战了大型海啸不具有分散性的观点，”鲁伊斯-安古洛表示。SWOT 并未观测到单一、连贯的波浪穿越太平洋的情况，而是显示海啸存在分散现象，波浪向各个方向散射，在整个海洋中形成复杂的分布模式。这一发现促使研究人员重新考虑以往依赖非分散性波浪假设的 tsunami 模型。

通过引入能够反映分散效应——即波浪分解为多个较小波浪的过程——的数值模型，研究团队发现这些模型与对堪察加海啸的卫星观测结果更为吻合。这对海啸科学家而言是一个至关重要的时刻，他们意识到当前的模型可能遗漏了某些关键要素。“这种‘额外’的变异性可能意味着主波在接近某些海岸时可能受到尾随波浪的调制，”鲁伊斯-安古洛解释道。“我们需要量化这种额外的分散能量，并评估它是否会对先前未曾考虑到的方面产生影响。”

准确海啸模型的重要性

为了更深入地理解此次海啸，研究人员还将 SWOT 捕捉到的数据与由两台 DART 潮位计收集的观测数据进行了比较。预测海啸到达时间的模型与这些现实世界的测量结果并不完全吻合。先前的模型预测海啸对其中一个潮位计的冲击时间早于实际观测结果，而对另一个潮位计的冲击时间则晚于实际观测结果。这一差异促使团队对地震的源头进行了更细致的考察，并通过一种名为“反演”的技术对数据进行重新分析。反演技术利用来自不同来源的观测数据来深化对事件的理解。

他们发现的情况相当重要：堪察加地震的震源向南延伸的范围比最初预测的要远，断裂长度也更长——达到 400 公里——而先前模型所预测的断裂长度为 300 公里。这一新信息有助于对海啸预测模型进行完善，并可能提升未来针对沿海社区的预警系统。

“正如我们从 2011 年日本东京东海地震中了解到的那样，海啸数据对于深化我们对地震事件的理解具有极其重要的价值，”该研究的共同作者迭戈·梅尔加尔表示。“自那以后，人们一直在努力将 DART 数据纳入此类分析中，以获取更为全面的图景。然而，将 DART 所需的水动力模型与用于理解地面运动的地震模型相结合并非易事。”

此项研究强调了整合不同类型数据的重要性。通过将卫星数据与浮标测量数据和地震数据相结合，研究团队得以更准确地描绘出海啸的行为模式，并有助于提升未来的模型构建工作质量。

海啸预报的未来

此项研究对海啸预报的潜在影响不容小觑。海啸来势迅猛且破坏力极强，往往使沿海社区几乎没有时间进行准备。早期预警系统——如1952年千岛-堪察加地震后所开发的系统——在挽救生命方面发挥着关键作用。然而，在2025年海啸发生时可用的技术并不完善。将 SWOT 卫星数据整合至实时海啸预报中，有望提供更准确、更及时的预测结果，使当局能够发布更为可靠的预警信息。

“如果运气好的话，或许有朝一日像我们这样的结果会被用来证明为何这些卫星观测数据对于进行实时或近乎实时的预报是必要的，”鲁伊斯-安古洛表示。这对于那些面临海啸高风险的沿海地区而言，这可能将是一个具有变革意义的事件，尤其是考虑到气候变化正持续改变全球海洋格局并增加自然灾害的发生频率。

这项研究为何具有重要意义

对海啸的研究始终是一项挑战。这些毁灭性事件被公认为极难预测，尽管早期预警系统的进步已带来了显著改观，但仍有许多方面有待深入探究。SWOT卫星通过提供全球高分辨率的海面观测数据，为研究人员提供了一个全新的工具，用以实时探究海啸的行为模式，其细节程度是此前从未可能的。

研究表明，我们对海啸传播过程的认识仍在不断演进之中，而 SWOT 之类的新技术则是推动这一领域发展的关键。通过将星载卫星数据与传统的海啸探测方法相结合，科学家们如今能够实时追踪海浪，提升模型精度，并做出更为准确的预测。这对灾害防范与风险降低工作有着深远的影响，同时也带来了希望：有朝一日，我们或许能够向沿海社区提供必要的预警，帮助他们免受这些致命自然事件的侵袭。

资料来源：

This New Satellite Could Change the Way We Predict Tsunamis Forever