海嘯也會在天空留下足跡 中央大學破解高空電離層追蹤海嘯源頭

2025年7月29日，俄羅斯堪察加半島外海發生規模8.8強震，引發跨太平洋海嘯。除了海面掀起巨浪外，這場巨大災害竟也在數百公里高空留下清晰的「天空足跡」。

中央大學太空科學與工程學系研究團隊整合日本與臺灣超過1,400座GNSS（全球導航衛星系統，包括GPS）接收站資料，成功從電離層微弱擾動中追蹤海嘯源頭，研究成果刊登於國際地球科學重要期刊《Geophysical Research Letters》，為利用太空觀測提升海嘯監測能力提供重要突破。

本研究由中央大學太空系博士生劉天祺、講座教授劉正彥、地球科學學系玉山學者佐竹健治（Kenji Satake）教授，以及京都大學黃俊雁博士共同完成。研究最大的突破，在於觀測位置距離震源超過2,000公里。相較過去多數海嘯電離層研究仰賴震源附近觀測站，本次研究主要利用日本與臺灣接收站，從遠距離且訊號微弱的高空擾動中重建海嘯資訊，成功突破遠場觀測的限制。

由於海嘯傳播距離愈遠，造成的電離層訊號愈微弱，極易受到白天電離層自然變化干擾。研究團隊因此整合大量GNSS資料，透過標準化訊號處理，搭配射線追蹤（Ray Tracing）與波束形成（Beamforming）等分析方法，成功從背景雜訊中辨識出海嘯向外傳播所造成的微弱電離層波前，進一步反推出海嘯源頭位置。

研究結果發現，堪察加強震共在高空激發出三類主要電離層波動。第一類為地震波快速造成的擾動，傳播速度約每秒3.6公里；後續兩類則來自海嘯本身，速度分別約每秒273公尺及215公尺，與海嘯於海洋中的傳播速度高度一致。這代表海嘯除了在海面前進，也會推動大氣波一路向上傳播，在數百公里高空的電離層留下可由GNSS觀測到的訊號。

更令人振奮的是，研究團隊利用第一個海嘯電離層擾動反推出的海嘯源頭，與佐竹健治教授團隊利用太平洋DART深海壓力計反演所得的主要海底滑移區相比，中心位置僅相差約90公里，證明高空電離層所記錄的訊號，能夠精準反映海底主要破裂及海嘯生成的位置，展現GNSS電離層觀測在海嘯研究上的高度潛力。

劉正彥表示，電離層就像覆蓋地球上空的一張巨大天然感測網。當大型海底地震或海嘯發生時，海面與大氣擾動會一路向上傳遞至數百公里高空，改變電離層電子密度，而這些細微變化都能透過GNSS訊號被精確偵測。未來若能持續整合全球GNSS觀測網與相關分析技術，可望更快速掌握海嘯源頭及傳播方向，進一步提升環太平洋地區海嘯監測與防災應變能力，也為利用太空科技守護地球安全開啟新的可能。