2025年7月29日，俄羅斯堪察加半島外海發生規模 8.8 強震，並引發跨太平洋海嘯。除海面上的波浪，這場巨大地震與海嘯也在數百公里高空的電離層留下可被偵測的痕跡。由中央大學太空系劉天祺博士生、劉正彥講座教授、地科系玉山學者佐竹健治 (Kenji Satake) 教授與京都大學黃俊雁博士等研究團隊合作完成的最新研究，利用日本與台灣超過1,400座GNSS（GPS等衛星定位接收站），成功觀測到地震與海嘯引發的高空擾動，成果刊上國際期刊《Geophysical Research Letters》。
 
這項研究最特別之處，在於觀測地點距離震源非常遠。過去許多海嘯電離層研究，多半仰賴靠近震源、訊號較強、且觀測方向較完整的條件；但這次堪察加事件主要由日本與台灣接收站觀測，距離震源超過2,000公里，而且觀測方向主要集中在震源西南側。也就是說，研究團隊不是在海嘯源頭旁邊「近距離觀看」，而是在遠方從微弱的天空訊號中尋找線索。
 
遠場觀測的困難在於，海嘯傳得越遠，造成的電離層訊號就越微弱，容易被日間電離層本身的自然起伏掩蓋。為克服這個限制，團隊把大量觀測資料整合起來，尋找在時間與距離上能夠連續傳播的波前。研究中使用標準化處理，讓原本被背景雜訊淹沒的微弱訊號變得更清楚，再結合射線追蹤與波束形成技術，從高空電離層的擾動反推海嘯源頭。
 
結果顯示，這場強震在電離層中激發出三類主要波動。第一類是由地震波快速造成的電離層擾動，傳播速度約每秒3.6公里；後續兩類則與海嘯有關，速度分別約每秒273公尺與215公尺，與海嘯在海洋中傳播的速度相近。這代表海嘯不只在海面前進，也會推動大氣波向上傳播，最後在高空電離層留下GPS可以觀測到的訊號。
 
更令人振奮的是，研究團隊從第一個海嘯電離層擾動反推出的源頭位置，與玉山學者佐竹健治教授及其合作團隊利用太平洋周邊 DART 深海壓力計資料進行海嘯波形反演所得到的主要海底滑移區，中心位置僅相差約 90 公里。換句話說，海嘯在天空留下的痕跡，竟然能夠對應到海底主要破裂與海嘯生成的位置。
 
劉正彥教授表示，電離層就像地球上空的一面巨大感測網。當強震與海嘯發生時，海面與大氣的擾動會一路向上傳到數百公里高空，改變電離層中的電子密度，而這些微小變化能夠透過GNSS訊號被偵測出來。當大型海底地震發生時，若能更快掌握海嘯源頭與傳播方向，將有助於提升環太平洋地區的防災應變能力。
 

海嘯電離層擾動示意圖，透過GPS電離層觀測，顯示海嘯也會在天空留下足跡。圖黃俊雁博士提供

中央大學太空系劉正彥教授（左）和地科系玉山學者佐竹健治教授（右）與京都大學黃俊雁博士等人研究團隊，成功觀測到地震與海嘯引發的高空擾動。陳如枝攝
 
本文擷取自中央大學新聞網，參考連結如下：
https://ncusec.ncu.edu.tw/news/headlines_content.php?H_ID=4720