Panagiotis Vergados, Xing Meng, Léo Martire, Siddharth Krishnamoorthy, Attila Komjáthy (Лаборатория реактивного движения НАСА Калифорнийского технологического института), Ivica Vilibi？ (Хорватский Институт Руджера Бошковича)

       Цунами – это стихийные бедствия, которые несут серьезные социально-экономические последствия. Их раннее обнаружение остается большой проблемой, в том числе из-за выхода из строя буев в Мировом океане.

       Цунами часто вызывают гравитационные волны, которые влияют на ионосферу Земли, вызывая возмущения электронной плотности в течение нескольких минут. Приемники наземных станций сбора измерений глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) чувствительны к незначительным изменениям электронной плотности ионосферы, которые образуются из-за цунами. Это делает наблюдения за ионосферой с помощью ГНСС станций идеальным дополнением к мониторингу цунами по буям в Мировом океане. Развитие спутниковой навигации послужило основанием для создания систем раннего предупреждения о цунами по данным ГНСС (GTEWS - GNSS Tsunami Early Warning Systems) в режиме постобработки.

       Однако, чтобы снизить риск стихийных бедствий и повысить готовность к ним, необходимо обнаруживать, отслеживать и получать характеристики цунами в режиме близком к реальному времени (NRT - near-real time). Для выполнения этих целей разработаны системы раннего предупреждения о цунами по данным ГНСС в режиме близком к реальному времени (NRT GTEWS), способные получать характеристики цунами по данным ГНСС наблюдений средствами космического и наземного базирования.

       Научное сообщество прошло долгий путь, разрабатывая системы NRT GTEWS, примером которой является основанная Лабораторией реактивного движения НАСА сеть информации и оповещения о стихийных бедствиях в верхних слоях атмосферы в режиме реального времени (GUARDIAN - GNSS-based Upper Atmospheric Real-time Disaster Information and Alert Network). Система GUARDIAN собирает ГНСС данные в режиме реального времени от мировых сетей станций сбора измерений, формирует значения полного электронного содержания в ионосфере (ПЭС, англ. TEC – Total Electron Content) на заданном промежутке времени, предоставляет их сообществу через веб-интерфейс. Это позволяет пользователям следить за ионосферой в режиме близком к реальному времени. GUARDIAN успешно применялась для обнаружения извержения вулкана Тонга в январе 2022 года и отслеживания множества цунами.

       Следующим шагом в развитии систем NRT GTEWS является внедрение алгоритмов искусственного интеллекта, который будет обучаться на данных ионосферных возмущений, вызванных цунами, и автономно обнаруживать цунами и его характеристики в режиме близком к реальному времени.

       Для выполнения такой задачи научному сообществу необходимо изучить, как цунами взаимодействует с нижними слоями атмосферы, прежде чем достичь ионосферы, исследовать пороговые значения обнаружения цунами (включая метеоцунами) в ионосфере и, наконец, разработать программное обеспечение для реконструкции высоты волн цунами. Такие исследования потенциально будут стимулировать разработку новых инновационных методов моделирования цунами, которые имеют ключевое значение для дальнейшего улучшения качества информации, поступающей от систем раннего предупреждения о цунами по данным ГНСС.

       Карта ионосферы и высоты поверхности моря для события Тохоку-Оки 2011, DOI 10.1029/2012RS005023