火山次声波研究综述

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1、火山次声波研究综述摘要：正像过去十年中名副其实的火山次声喷发文章所言，喷发的火山会产生强烈的次声波。火山次声波可以有效地跟踪和量化喷发现象，因为它可以对火山口附近和周围发生的活动做出反应，而不像地震信号只能由表面和内部的火山作用产生。与地震学结合起来，次声波在恶劣天气下或在黑暗中也可以可以通过远程记录下来，以此来提供火山动荡的连续记录。此外，在地震监测效果有限的情况下，次声波也可以应用于在区域或全球距离。本文提供了该领域现时情况下的文献综述和次声波作为一项工具来更好的了解火山活动的综合应用。许多关于次声波的研究都集中在与其他地球物理资料

2、一体化上，包括地震，热气流，电磁辐射和气体的光谱，这些研究提高了我们对喷发动力学的认识。有些研究把次声波纳入到了火山监测，以提高火山危险性监测和降低风险的能力。本文旨在提供一个火山空气波研究（从模拟微气压计到现代压力传感器）的综述，并总结了目前次声波如何用来推断喷发动力学。文章概述了本地和区域次声波监控的相对优点，突出了阵列和网络传感器拓扑之间的差异，最后提到传感器技术对于火山次声波的研究也适用。关键词：火山次声波；突然性喷发；次声波传感器；传感阵列和网络1．介绍早期火山空气波的观测采用能够测量低于约1Hz频率的模拟微气压计记录，在有限

3、的时间分辨率里（1秒到几十秒）采样。一些大的火山喷发，如1883年17km3的喀拉喀托火山喷发，1980年1km3的圣海伦斯火山喷发和1963年的阿贡火山喷发，产生了低频率（几MHz）的通过组合了重力和弹力的大气层传动的声音重力波。这些在全球范围内记录的大型活动引起了大气振动，导致了质能和热能的大型喷射。例如，据距离火山5000km远的地方报道：1883年喀拉喀托火山喷发引起了环绕地球七次，同时也产生强烈的声波，包括声音“枪林弹雨”的低频压力振荡。1980年5月18日圣海伦火山的喷发也产生了世界范围内记录的和声重力波，相关~400pa次

4、声（未解决期间由于低分辨率模拟录音），从火山口记录了54公里，以及距离火山口700公里的发声的声音。30多个遍及华盛顿州的短期地震仪形成的网络也检测到了空气波，返回地球之前作为地源空气波在这同温层和电离层中产生折射。其他的一些早期火山次声波研究的用微气压计和次声阵来做。在区域距离内定义一个地点，这个地点距离喷发地点几十至几千公里，Gorshkov从距离火山口45-760km的数据压力记录评估了1959年别济米安纳火山喷发量。Mauk根据1980年南墨西哥的埃尔奇琼火山喷发的资料在美国用微气压计上记录信号、计算了喷发能量。Wilson等使

5、用几十秒的时间之内的区域次声波记录以定义阿拉斯加的堡垒火山的多声道。这个阵列网站也被用来使用识别和定位堡垒火山和特赖登特火山喷发的活动。在数字时代,很少有被定义为非常大的喷发发生，大于或等于指数为5的火山喷发，1991年火山喷发指数为5的皮纳图博火山，岩浆喷发达到5km3，用宽带传声器记录重力波和次声波在日本2770公里，但没有附近周围的声谱的记录。只是最近,部署在距离蒙特塞拉特岛的从苏佛里耶火山6公里的宽带麦克风和微观自动气压计中发现了与中等火山喷发相关的清晰的重力波和声波。1980年以后，研究者们开始安装“更高”的频率传感器，能记录

6、附近1-20MHz的次声波。早期的报告中展示了补充一个关于火山的采用次声波传感器的地震网络的好处。BraunandRipepe(1993)andVergniolleandBrandeis(1994)使用对次声波敏感的传声器所记录的数据对斯特隆波里的bubble震荡和喷发活动进行建模。其他早期的工作在20世纪80年代率先针对日本火山展开，其中包括十胜，樱岛，和诹访之濑岛（日本），使用在0.1-1000Hz范围内敏感的次声波传感器。虽然以前的工作把重点放在火山声音的可听频带录音，20世纪90年代的研究指出，最强烈的声音来自“实验室火山”频繁

7、的喷发，即，火山喷发指数小于2，位于附近次声波频道的延伸，在某些情况下，进入微观气压频带（中心在0.2Hz）。因为频繁喷发的火山在这一频段出现有效的辐射，在过去的十年的文献中它是火山次声波调查首要和普遍的重点。2.目前火山次声波的研究重点强烈的次声波是由火山喷发产生的，次声波主要用于三个方面：①研究喷发动力学；②监测躁动的火山以评估和减轻危害；③大气探测。到目前为止的文献中，常见的主题是次声波的应用来了解喷发物理学，找到各种类型的火山次声波声源，推断火山口和管道的几何形状，和确定火山物质的流量。这些研究对于火山的监测也有重要的影响。3.

8、火山次声波的量化局部次声波的观测可以量化火山喷发行为的相互比较。虽然大气层是非均质和动态的，但与地震波通过过固体媒介的传播相比，它相对简单。在一般情况下，火山是高散射和衰减到地震波的，与大阻抗的对比相反。针