site.btaИзмервателни уреди на НИМХ регистрират преминаването на шоковата вълна от изригването на вулкана в Тонга на 15 януари 2022 г.

На 15 януари 2022 г. се случи рядко геоложко събитие. В отдалечената тихоокеанска страна Тонга – архипелаг в Океания – имаше мощно подводно изригване на активния вулкан ХунгаТонга-Хунга Хаапай: https://bntnews.bg/news/izrigvaneto-na-vulkana-v-tonga-nai-moshtnoto-ot-30-godini-video-1181889news.html. То се случва около 8:30 ч. българско време. Изригването е довело до образуване на вълна цунами в Тихи океан: https://www.youtube.com/watch?v=etVdMBjAVm0 (примерна симулация на разпространениетона цунами в Тихи океан. Не се отнася точно за изригването на вулкана в Тонга на 15 януари, но илюстрира добре процеса на разпространение). Бурното изригване под вода води и досъздаване на шокова въздушна вълна, която се разпространява по цялото земно кълбо. Тя е видима на изображения от метеорологичен спътник в инфрачервената част на електромагнитния спектър: https://www.youtube.com/watch?v=15hqIVeAUvA&t=4s.

Фигура 1. Оперативни станции на НИМХ с автоматични уреди за измерване на влажност и температура навъздуха и атмосферно налягане

Шоковата въздушна вълна е регистрирана в записите от измервателни уреди за атмосферноналягане по целия свят – например, в съседна Гърция: http://www.bta.bg/bg/c/BA/id/2555111 . Тя е била регистрирана и в станциите на НИМХ. От няколко години НИМХ разполага савтоматични уреди за измерване на влажността на въздуха, както и други основни метеорологични елементи като температура и атмосферно налягане, в много от оперативнитеси станции – фигура 1. В Централната метеорологична станция на НИМХ в София има идруги по-прецизни уреди. Данните за налягане се записват на всяка минута, което позволява проследяване на развитието на процеси с кратко време на живот или бързо преминаващи процеси.

Фигура 2. Ход атмосферното налягане (hPa) в София за периода от 8:30 ч. на 15 януари до 13:00 ч. на 17януари 2022 г. Тъмносиня линия - ход на налягането с честота на записа 1 минута; червена линия - пълзящосредно за един час.

Фигура 3. Ход на атмосферното налягане (hPa) с честота на записа 1 минута в София за периода от 20:30 ч. на15 януари до 4:00 ч. на 16 януари 2022 г.

Преминаването на шоковата атмосферна вълна, предизвикана от изригването на вулкана в Тонга, през конкретно място – метеорологична станция – е именно такъв бърз процес,случващ се за сравнително кратко време. То се реализира като рязък скок на атмосферното налягане, последван от рязък спад, след което се възстановява нормалният му ход.Продължителността на това смущение в България е около 1 час. На фигура 2 е представен ходът на налягането според един от уредите в Централната метеорологична станция в София за периода от 8:30 ч. на 15 януари до 13:00 ч. на 17 януари 2022 г. На фона на нормалния ход на налягането (червена линия) се виждат три интервала с рязък скок и спад на налягането с амплитуда от около 2 hPa (хектопаскала). Първият започва около 21:40 ч. на 15 януари. Вторият започва около 2:15 ч. на 16 януари, а третият – около 9:20 ч. на 17 януари.На фигура 3 е показан участък от графиката от фигура 2 за времето от 20:30 ч. на 15 януаридо 4:00 ч. на 16 януари, където се виждат с по-големи детайли първите два скока на налягането.Какво е обяснението на това явление? София и България като цяло се намират на около 17 000 km от Тонга и мястото на изригване на вулкана – първоизточник на шоковата въздушна вълна. Най-късата дъга на земната сфера, свързваща Тонга и България, преминава през Северна Азия и влиза в България от североизток – фигура 4. Скоростта, с която се разпространява такава шокова вълна във въздух, е скоростта на звука – 343 m/s при стандартни атмосферни условия – температура 20 °С. Звукова вълна би изминала разстоянието от 17000 km за около 13.7 часа. Вулканът в Тонга изригва около 8:30 ч.българско време. Първото смущение на налягането в София в 21:40 ч. е около 13 часапо-късно. Първият фронт на вълната е пристигнал в София от североизток. Шоковата вълна, генерирана в Тонга, се разпространява във всички посоки по земното кълбо. Следователно би било естествено да се очаква, че през България да премине и втори фронт на вълната, пристигащ от противоположната посока – югозапад. Това е факт в София около 2:15 ч. на 16 януари или около 4.5 часа след първия шок. Противоположната вълна от югозапад е трябвало да измине от Тонга до България разстояние от около 23 000 km. Със скоростта на звука това става за около 18.5 часа, което е близо до интервала време от изригването на вулкана до времето на настъпване на второто смущение в София.

Фигура 4. Начало в Тонга (ляво) и край в България (дясно) на най-късата дъга, свързваща двете страни.Източник – google earth https://earth.google.com/.

Как бихме могли да обясним наличието на третото смущение към 9:20 ч. на 17 януари? Първата шокова вълна, след като е преминала през София към 21:40 ч. на 15 януари, продължава свободното си разпространение на югозапад, прави пълна обиколка на земното кълбо, навлиза отново в България от североизток и достига София. Обиколката на Земята еоколо 40 000 km – разстояние, което се изминава със скоростта на звука за около 32.5 часа.Времето на настъпване на третото смущение на налягането в София – в 9:20 ч. на 17 януари – е около 35.5 часа след първото.Вижда се, че има разлики от теоретично изчисленото време за разпространение на шоковата вълна и реално регистрираното. Трябва да се има предвид, че изчисленията са самоориентировъчни със закръглени стойности на разстоянията. Скоростта на звука във въздухсъщо не е постоянна величина и зависи от температурата. Стандартната скорост от 343 m/s е валидна при температура 20 °С. При температура 0 °С скоростта на звука е около 331 m/s. Други фактори, които биха повлияли на разпространението на шоковата вълна по дългия ѝ път от Тонга до България, са процеси на отражение от земната повърхност или рефракция от по-горни слоеве на атмосферата.В по-големи по територия страни като САЩ или Япония вълновият процес може да се наблюдава пространствено в данните от автоматични уреди за измерване на налягането, разположени нагъсто в цялата страна. В България също се наблюдава, но тя е малка страна и времето за преминаването на вълната със скоростта на звука от североизточния доюгозападния ѝ ъгъл – разстояние от около 450 km – би отнело само около 22 минути и илюстрирането му на карта е затруднено спрямо такова за по-големи страни. Затова е избрано този процес на преминаване на шоковите вълни през страната да бъде илюстриран с данни отдве отдалечени станции: в Шабла – една от най-североизточните станции на НИМХ и в Сандански – една от най-югозападните. На фигура 5 е показан ход на налягането на тези двестанции. Сандански е на по-голяма надморска височина от Шабла и при нормални условия атмосферното налягане там е с около 20 hPa по-ниско от това в Шабла.

Фигура 5. Ход на налягането (hPa) в Шабла и Сандански (+18 hPa) за времето от 21:00 ч. на 15 януари до 3:30 ч. на 16 януари 2022 г.

На графиката на фигура 5 налягането в Сандански е повишено с 18 hPa, за да може по-лесно да бъде сравнявано визуално на една и съща фигура с налягането в Шабла. Вижда се, че първият шок настъпва в Сандански около 20 минути по-късно от Шабла – времето за което звукова вълна,навлязла в България от североизток, би изминала разстоянието до Сандански. Вторият шок настъпва в Сандански по-рано от Шабла и причината за това е, че Сандански първи посрещапротивоположния фронт на шоковата вълна, пристигнал в България от югозапад.Фигура 5. Ход на налягането (hPa) в Шабла и Сандански (+18 hPa) за времето от 21:00 ч. на 15 януари до 3:30 ч. на 16 януари 2022 г. Националният институт по метеорология и хидрология е националната хидрометеорологична служба на България. През последните години в НИМХ се извършва модернизация на измервателните уреди в мрежата от метеорологични и хидрологични станции. Благодарениена това НИМХ разполага със записи на атмосферното налягане, с които да могат да бъдат илюстрирани ефектите в страната на мощното изригване на вулкана в Тонга – рядко геоложко събитие.

НИМХ