SWOT palydovas atskleidžia tsunamio skaidymą vandenyne

2025 m. liepos 29 d. stiprus žemės drebėjimas prie Rusijos Kurilų–Kamčiatkos duobės sukėlė plataus masto Ramiojo vandenyno tsunamį, o tuo metu vienas palydovas netyčia buvo nukreiptas į būtent tą sritį. NASA ir Prancūzijos kosminių tyrimų centro (CNES) bendros Surface Water and Ocean Topography (SWOT) misijos palydovinės altimetrijos matavimai fiksavo įvykį precedento neturinčiu detalių lygiu – juose matyti, kad dideli tsunamiai gali suskaidytis į vyraujantį priekinį impulsą, po kurio seka mažesnės bangos. Toks elgesys iššaukia klausimų ir paneigia ilgalaikius paplitusius prielaidas apie tolimą kelionę atliekančių bangučių vientisumą ir paprastą progresavimą.

Naujos akys ant vandenyno bangavimo: ką suteikia SWOT

SWOT, paleista 2022 m. siekiant stebėti jūros paviršiaus aukščio pokyčius, buvo sukurta žemės vandenų, srovių ir pakrančių potvynių žemėlapiams kurti. Skirtingai nuo tradicinių vieno taško arba siauro linijos altimetrijos jutiklių, SWOT naudoja plataus juostos interferometrinę altimetriją (KaRIn), kuri nuskenuoja didelį jūros ruožą – maždaug 120 kilometrų pločio – ir sukuria aukštos raiškos jūros paviršiaus aukščio žemėlapius. Tai leidžia ne tik užfiksuoti vidutinį aukštį viename taške, bet ir pamatyti erdvinius svyravimus per keliasdešimt ar šimtą kilometrų, kas yra esminis skirtumas bandant suprasti sudėtingą bangų lauko morfologiją.

Tokia plati vaizdo sritis pasirodė esanti lemtinga. Kai 8,8 balo stiprumo drebėjimas išsiuntė tsunamį į Ramųjį vandenyną, SWOT praėjo per bangų grandinę ir užregistravo jūros paviršiaus profilį per platų skerspjūvį. Šiuos palydovinius matavimus mokslininkai sujungė su trijų DART (Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis) bojų laiko eilučių duomenimis toje regione, kad rekonstruotų, kaip tsunamis sklidinėjo, sklaidėsi ir sąveikavo su vandenyno dugno topografija bei esamomis srovėmis. Tokia kombinacija – erdvinė palydovinė altimetrija kartu su taškiniais, laiko atžvilgiu jautriais jūros matavimais – atvėrė galimybę patikimai atskirti bangų formavimosi mechanizmus, įskaitant dispersiją, nelinearumus ir vietinius topografinius efektus.

Bangos „sulūžimas": netikėtas elgesys

Tradicinė bangų teorija ilgoms, tolimai keliaujančioms tsunamio bangoms dažnai priskiria mažą dispersiją: esą banga išlaiko formą ir greitį, o duobė ir viršūnė keliauja kaip vieninga sistema. SWOT duomenys pateikia kitokį vaizdą šiam konkrečiam įvykiui. Palydovo matavimai parodė ryškų priekinį impulsą – jūros paviršiuje viršijantį 45 centimetrus – po kurio sekė eilė mažesnių, vėlesnių bangučių. Kitaip tariant, tsunamis dalinai suskilo ir nebuvo vienas vientisas pulsa. Tai atskleidė, kad net ilgų bangų spektre gali vykti reikšminga energijos persiskirstymo operacija tarp bangos ilgių komponentų, kuri priklauso nuo pradinio seismo impulso, vandenyno gylio variacijų, vietinių rifų ar salų grandinių ir net srovių bei termoklinės struktūros.

Mechanistiškai toks skaidymasis gali atsirasti dėl kelių sąveikaujančių procesų: dispersijos, kai trumpesni bangų spektro komponentai sklinda kitokiu greičiu nei ilgieji; nelineariškumo ir bangų susiliejimo, kai energija koncentruojasi į vieną stiprų impulsą; bei topografinės sklaidos – sąveikos su povandeninėmis kalvonimis, seklumomis ar salomis. Be to, horizontali srovė gali sukelti bangų modulaciją, o gilesnėje prieigose shoaling efektas gali sustiprinti priekinę bangą, paliekant už jos mažesnes, bet ilgiau trunkančias juosteles. Šie procesai kartu nulemia, kad vietoje paprasto vienos bangos modelio atsiranda sudėtingesnė, dažnų atvejų erdviškai moduliuota bangų struktūra.

„Aš žiūriu į SWOT duomenis kaip į naują akinių porą“, – sakė pagrindinis tyrimo autorius ir fizinės okeanografijos specialistas Angel Ruiz-Angulo iš Islandijos universiteto. „Anksčiau, naudodamiesi DART bojų duomenimis, mes galėjome matyti tsunamį tik tam tikruose taškuose begaliniame vandenyne. Kita palydovinė technologija taip pat egzistavo, bet dažniausiai ji suteikdavo tik siaurą signalo liniją per tsunami. Dabar, su SWOT, galime užfiksuoti juostą iki maždaug 120 kilometrų pločio su precedento neturinčios aukštos erdvinės raiškos jūros paviršiaus duomenimis.“

Kodėl šis atradimas svarbus prognozėms ir perspėjimams

Supratimas, ar tsunamio bangos disperguoja, ar lieka vientisos, tiesiogiai veikia atvykimo laiko prognozes ir pakrantės poveikio įvertinimus. Jei tsunamis suskaidomas į kelis impulsus, pakrančių zonos gali susidurti su stipriu pirmuoju potvyniu, po kurio ateina griaunantis nutekėjimas ir vėl vėl atsirandančios bangos, atkeliaujančios skirtingais intervalais – tai komplikuoja evakuacijos grafikų sudarymą, gyventojų saugos rekomendacijas ir žalos prognozes. Tokia situacija taip pat reiškia, kad vieno taško stebėjimo sistemos gali nepakankamai atspindėti realų pakrančių poveikį: vienoje bojoje fiksuotas stiprus impulsas gali nereiškia, kad pakrantėje nebūna vėlesnių, lėtesnių bet pavojingų bangų serijų.

Kombinuojant SWOT plataus juostos matavimus su DART bojų laiko eilutėmis susidaro turtingesnis, erdviškai nuoseklus vaizdas, kurį galima tiesiogiai įvesti į skaitmeninius modeliavimo metodus, gerinant bangų sklidimo ir sklaidos algoritmus. Praktiniais terminais tai gali reikšti patikimesnius ankstyvo perspėjimo produktus ir labiau orientuotas rekomendacijas Ramiojo vandenyno bendruomenėms. Be to, papildoma erdvinė informacija gali padėti kalibruoti inundo prognozių modelius, geriau įvertinti bangos viršūnės energiją ir numatyti vietines intarpines zonas, kur imputuojama energija gali sukelti netikėtą pakrantės įgula.

Žvilgsnis į priekį: realaus laiko stebėsena ir operacinis panaudojimas

SWOT nebuvo specialiai suprojektuota kaip operacinė tsunamio aptikimo sistema, tačiau šis atsitiktinis praeinantis praeinimas pabrėžia, kaip plačios juostos altimetrija ir kiti palydoviniai ištekliai gali sustiprinti vandenynų stebėjimo tinklus. Dabartiniai reemitavimo ir peržiūros laikai, palydovinės orbitos trajektorijos bei duomenų perdavimo infrastruktūra daro tiesioginį realaus laiko taikymą sudėtingu, tačiau ateities misijos su trumpesniais peržiūrėjimo intervalais, realaus laiko duomenų nuorodomis ir sinergija su pakrančių radarais, GNSS reflektometrija (GNSS‑R) bei in situ jutikliais gali padaryti kosminę tsunamio stebėseną praktišku papildymu egzistuojančioms sistemoms. GNSS reflektometrija, pavyzdžiui, gali suteikti papildomą informacijos sluoksnį apie netoliese esančios pakrantės jūros paviršiaus būklę, o pakrančių AIS ir HF radarai gali suteikti itin trumpalaikę informaciją apie bangų ir srovių sąveiką prie krantų.

Norint operaciniu lygiu integruoti tokius duomenis, reikėtų spręsti keletą techninių iššūkių: sumažinti palydovų peržiūrėjimo intervalus arba diegti konstellacijas; sukurti automatines duomenų asimiliacijos grandines, kurios dinamiškai priimtų SWOT tipą erdvinius matavimus į hidrodinaminius ir nelinearius run-up modelius; bei užtikrinti greitas komunikacijas tarp kosminių operatorių, regioninių perspėjimo centrų ir pakrančių civilinės saugos institucijų. Be to, tikslių ir greitų duomenų integravimo priemonių sukūrimas galėtų leisti anksčiau nustatyti ne tik pagrindinės bangos atvykimą, bet ir numatyti potencialiai pavojingas vėlesnių bangučių serijas.

Šie tyrimo rezultatai buvo publikuoti žurnale The Seismic Record ir žymi svarbų žingsnį link niuansuotos tsunamio mokslo krypties, kur palydovinė juostos vaizdinė informacija padeda atskleisti tikrąjį vandenyno atsaką į seisminius smūgius. Tai ne tik pažanga fundamentiniame moksliniame suvokime, bet ir praktinis postūmis link geresnių perspėjimo schemų, integruotų stebėjimo tinklų ir ilgalaikių rizikos mažinimo priemonių pakrančių bendruomenėms.