Мониторинг вулканов


УДК 528.88

МОНИТОРИНГ ВУЛКАНИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

Светлана Алексеевна Жиляева

Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, магистрант кафедры физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. (913)482-42-44, e-mail: [email protected]

Екатерина Николаевна Кулик

Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. (383)361-08-66, e-mail: [email protected]

Рассмотрены вопросы мониторинга вулканической активности по данным дистанционного зондирования. Проанализированы возможности решения задач мониторинга по данным космических многозональных снимков Landsat на примере вулкана Плоский Толбачик.

Ключевые слова: дистанционное зондирование, мониторинг вулканической активности, определение температуры поверхности.


VOLCANIC ACTIVITY MONITORING BASED ON REMOTE SENSING DATA

Svetlana A. Zhilyaeva

Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo st., Master student of Physical Geodesy and Remote Sensing Department, tel. (913)482-42-44, e-mail: [email protected]

Ekaterina N. Kulik

Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo st., Ph. D., Associate Professor of Physical Geodesy and Remote Sensing Department, tel. (383)361-08-66, e-mail: [email protected]

Volcanic activity's monitoring items by remote sensing data are considered. Multispectral Landsat images' usability for monitoring tasks on example of the Ploskiy Tolbachik volcano is analyzed.

Key words: remote sensing, volcanic activity monitoring, surface temperature determination.

Данные дистанционного зондирования позволяют упростить решения множества задач, касающихся мониторинга поверхности земного шара. Спутниковые съемки в различных диапазонах спектра ведутся ежедневно, что позволяет вести непрерывные наблюдения за самыми разнообразными явлениями и объектами земной поверхности.

Информация, получаемая методами дистанционного зондирования, имеет особую специфику и огромный ряд преимуществ. Для мониторинга вулканической активности самым значимым преимуществом использования данных дистанционного зондирования является безопасность проводимого исследования. Районы вулканической активности, как правило, располагаются в местах, до которых сложно добраться, и, где проблематично осуществлять безопасное наблюдение.


В данной работе представлено исследование информационных возможностей открытых материалов дистанционного зондирования для проведения мониторинга вулканической активности на примере извержения вулкана Плоский Толбачик, которое началось 27 ноября 2012 года и продолжается до сих пор.

В рамках исследования решались следующие задачи мониторинга вулкана Плоский Толбачик:

— определение температуры поверхности склонов вулкана и прилегающей территории по спутниковым снимкам;

— оценка динамики лавового поля.

Доступ к данным спутниковых съемок осуществлялся с помощью Интернет-геопортала Earth Explorer Геологической службы США [4]. Было получено 5 спутниковых снимков на следующие даты: 21 июля 2009 г., 3 августа 2011 г., 2 сентября 2013 г., 17 июля 2014 г., 28 сентября 2014 г.

Снимки на 21 июля 2009 г. и 3 августа 2011 г. (до извержения) были получены съемочной системой Thematic Mapper (TM), установленной на борту спутника Landsat 5. Снимки на 2 сентября 2013 г., 17 июля 2014 г. и 28 сентября 2014 г. (после начала извержения) получены съемочными системами OLI (Operational Land Imager) и TIRS (Thermal InfraRed Sensor), установленными на борту Landsat 8.

Все исследования и обработка геоданных проводились в программном продукте ERDAS Imagine.


Предварительная обработка снимков включала в себя:

— импорт изображений из формата GeoTiff в формат IMG;

— формирование многоканального изображения из одноканальных;

— выбор области интереса.

Для определения температурных характеристик поверхности необходимо исключить влияния снега, посредством создания маски снега. При создании данной маски использовался нормализованный дифференциальный индекс снега NDSI. NDSI — это относительная величина, характеризуемая различием отражательной способности снега в красном и коротковолновом инфракрасном диапазонах [3]:

NDSI = bo-55"bl64, (1)

^0.55+^1.64

где b0,55 — спектральный канал, регистрирующий длину волны равную 0,55 мкм;

b164 — спектральный канал, регистрирующий длину волны равную 1,64 мкм.

Для съемочной системы ТМ спектральным каналом, регистрирующим длину волны равную 0,55 мкм, является 2-ой спектральный канал, а канал, регистрирующий длину волны равную 1,64 мкм — 5-ый спектральный канал. Для OLI, TIRS — 3-ий спектральный канал и 6-ой спектральный канал соответственно.

Для создания маски снега необходимо установить пороговое значение -если для пикселя снимка рассчитанные значения будут выше заданного порога, то этот пиксель будет классифицироваться как снег. В данной работе был выбран порог равный 0,15.

Конвертация данных, полученных со спутника Landsat 5, в значения температур земной поверхности осуществлялась в два этапа [1]:


а) расчет реальных значений приходящего излучения на сенсор;

б) пересчет значений излучения на сенсоре в значения температуры.

Расчет реальных значений приходящего излучения на сенсор Lx рассчитывается по формуле:

т _ (Lmax^-Lmin^)*(Qcal-Qcalmin)+Lmin^ _.

Lx—, (2)

Qcalmax—Qcalmin

где Lmin — количество приходящего излучения, которое после масштабирования становится Qmin;

Lmax — количество приходящего излучения, которое после масштабирования становится Qmax;

Qcalmin — минимальное калиброванное значение (0 или 1);

Qcalmax — максимальное калиброванное значение (255);

Qcal — значение в спектральном канале 6 (DN).

Параметры, которые используются в формуле, как правило, распространяются с самими данными Landsat. Если в поставке данных файла с параметрами не было, то их можно найти на официальной странице Landsat). [5] Приборы TM во время эксплуатации периодически перенастраивались, поэтому, определенному периоду времени соответствует свой набор параметров.

Пересчет значений излучения на сенсоре в значения температуры осуществлялся по формуле:

T =-^-Тл—273Д5(°С), (3)

2.302585093*io£T1o(^1+l)

где K1 — калибровочная константа 1;

K2 — калибровочная константа 2;

Lx — излучение на сенсоре, полученное по формуле 2.

Калибровочная константа 1 равна 607,76. Калибровочная константа 2 равна 1260,56 [2].


Снимки Landsat 8 состоят из 11-ти спектральных диапазонов, где 10-ый и 11-ый каналы — дальние инфракрасные, что позволяет анализировать по ним энергию самой земной поверхности, а не отражение солнечного излучения. Параметры, которые используются для пересчета данных в значения температур, также распространяются совместно со снимками. Можно делать вычисления на основе и 10-го, и 11-го спектрального канала. Коэффициенты каждого канала для пересчета используются разные.

Как и в случае с данными ТМ, конвертация данных Landsat 8 выполняется также в 2 этапа.

Расчет реальных значений приходящего излучения на сенсор выполняется по формуле:

L}=MlQCCLI + AL, (4)

где ML — фактор мультипликативного перемасштабирования;

Qcal — используемый спектральный канал; AL — добавка масштабирующего фактора.

Пересчет значений излучения на сенсоре в значения температуры выполняется по формуле 3. Для 10-го спектрального канала: К1=774,89; К2=1321,08. Для 11-го спектрального канала: К1=480,89; К2=1201,14 [1].

На рис. 1, 2 и 3 представлена температура поверхности с использованием псевдоцветов для разных дат.

Рис. 1. Температура поверхности, 3 августа 2011 года

Рис. 2. Температура поверхности, 2 сентября 2013 года (после начала извержения)

Рис. 3. Температура поверхности, 17 июля 2014 года (после начала извержения)

Анализируя псевдоцветные изображения можно сделать вывод о том, что наибольшая температура поверхности наблюдается в сентябре 2013 года и в июне 2014 года.


Для выявления динамики лавового поля, необходимо сравнить между собой снимки с наибольшей и наименьшей площадью лавового поля. На рис. 4 представлена иллюстрация динамики лавового поля.

Рис. 4. Динамика площади лавового поля; желтый цвет — 17 июля 2014 года; синий цвет — 28 сентября 2014 года

По визуальной оценке рис. 4 можно сделать вывод о том, что температура лавового поля значительно снизилась.

Результаты проведенного исследования подтверждают эффективность использования материалов дистанционного зондирования для ряда задач мониторинга вулканической активности. Но стоит заметить, что для детального мониторинга необходимо иметь более широкий набор данных, чем тот, что имеется в открытом доступе в сети Интернет. Комплексирование различных типов данных и их совместная интерпретация позволят решить более значимый ряд задач мониторинга вулканической активности.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Esri CIS [Электронный ресурс]: Космический термометр / Константин Нагорнук. -Электрон. текст. данные, граф. данные и табл. — 2014. — Режим доступа: http://www.esri-cis.m/blogs/?page=post&blog=arcgis&post_id=179, свободный.

2. GIS-Lab [Электронный ресурс]: Конвертация данных Landsat TM/ETM+ в значения температуры — Теория / Авторский коллектив GIS-Lab; координатор GIS-Lab Максим Дубинин. — Электрон. текст. данные, граф. данные и табл. — 2005. — Режим доступа: http://gis-lab.info/qa/dn2temperature.html, свободный.


3. MapExpert [Электронный ресурс]: Обработка данных ДЗЗ — Этапы обработки данных. — Электрон. текст. данные, граф. данные и табл. — 2005. — Режим доступа: http://mapexpert.com.ua/index_ru.php?id=26&table=Menuhtml, свободный.

4. USGS [Электронный ресурс]: U.S. Geological Survey — EarthExplorer / U.S. Department of the Interior. — Электрон. текст. данные, граф. данные и табл. — 2015. — Режим доступа: http://earthexplorer.usgs.gov, свободный.

5. USGS [Электронный ресурс]: U.S. Geological Survey — Landsat Missions / U.S. Department of the Interior. — Электрон. текст. данные, граф. данные и табл. — 2015. — Режим доступа http://landsat.usgs.gov, свободный.

© С. А. Жиляева, Е. Н. Кулик, 2016

Источник: cyberleninka.ru

21 ноября 2020 г

Вулкан ШИВЕЛУЧ

Авиационный цветовой код: ОРАНЖЕВЫЙ

Экструзивное извержение вулкана продолжается — выжимается новый блок лавы в восточной части купола. Оно сопровождается парогазовой активностью вулкана и иногда свечением лавового купола. По спутниковым данным всю неделю в районе купола вулкана отмечалась термальная аномалия.


Вулкан КЛЮЧЕВСКОЙ

Авиационный цветовой код: ОРАНЖЕВЫЙ

Эксплозивно-эффузивное извержение вулкана продолжается. Наблюдается стромболианская активность вулкана и излияние лавового потока по Апахончичскому желобу на юго-восточном склоне вулкана. По спутниковым данным всю неделю в районе вулкана отмечалась яркая термальная аномалия. 16-18 ноября эксплозии поднимали пепел до 7.5 км н.у.м., пепловые шлейфы протягивались до 104 км на восток, юг и юго-восток от вулкана. 18 ноября над Ключевской группой вулканов наблюдалось пепловое облако размером 60х86 км.

Вулкан КАРЫМСКИЙ

Авиационный цветовой код: ОРАНЖЕВЫЙ

Умеренная активность вулкана продолжается. По спутниковым данным 15 и 19 ноября в районе вулкана наблюдалась термальная аномалия, в другие дни недели вулкан был спокоен или закрыт облаками.

Вулкан ЭБЕКО

Авиационный цветовой код: ОРАНЖЕВЫЙ

Умеренная эксплозивная активность вулкана продолжается. По визуальным данным вулканологов из г. Северо-Курильск, 13 и 15-17 ноября эксплозии поднимали пепел до 3.5 км н.у.м., пепловые облака перемещались на северо-восток, восток и юго-восток от вулкана. 16-17 ноября в г. Северо-Курильск наблюдались пеплопады.

Вулкан БЕЗЫМЯННЫЙ

Авиационный цветовой код: ЖЕЛТЫЙ

Умеренная парогазовая активность вулкана продолжается. По спутниковым данным всю неделю в районе купола вулкана отмечалась термальная аномалия.


Мониторинг вулкановМониторинг вулкановМониторинг вулкановМониторинг вулкановМониторинг вулканов   

Остальные вулканы находятся в спокойном состоянии, активность отсутствует, тепловые аномалии над вулканами не фиксируются.

Авиационный цветовой код: ЗЕЛЕНЫЙ.

По материалам

ФГБУ "НИЦ "Планета"
http://planet.iitp.ru/

и Камчатской группы реагирования на вулканические извержения (KVERT)
http://www.kscnet.ru/ivs/volc_activity.php

Источник: www.meteorf.ru

Volcano observatories reduce risk around the globe. Here’s how we can support them.

When a volcano erupts, there can be global ripples caused by interruptions of air travel, agriculture, and tourism. One way to keep everyone secure is to ensure that volcano observatories around the world have the expertise and resources to detect and forecast volcanic activity, and can provide useful warnings and messages used by both local and global populations.


Two scientists from the USGS Volcano Disaster Assistance Program (VDAP is funded largely by USAID) penned a short overview of ways that different entities such as academia, governments, NGOs, and the global insurance industry can work together to bolster global resilience to volcanic disasters through support of front-line science institutions, like volcano observatories.

The article, Volcano observatories reduce risk around the globe. Here’s how we can support them, delves into topics such as infrastructure donation, research and operational motives, and training of observatory staff, while maintaining the key goal of supporting the autonomy and authoritative role of the local observatory.

Volcano Observatories Continue Operations Amid COVID-19

The five volcano observatories of the USGS Volcano Hazards Program continue to monitor the volcanoes of the United States and issue forecasts and regular updates of volcanic activity. Through telework and other adaptations we continue to maintain our monitoring networks and analysis of the incoming data. Our field crews visit field stations as needed to maintain the quality and functionality of the network. All work will follow federal government guidelines to ensure public safety and the safety of our staff. The health and safety of the public and our employees are our highest priorities, and we continue to follow guidance from the White House, the CDC, and state and local authorities, as we implement teleworking, social distancing and virtual meeting tools.

Our priority is to continue the important work of the Department of the Interior and the USGS, while also maintaining the health and safety of our employees and community. Based on guidance from the White House, the CDC, and state and local authorities, we are shifting our operations to a virtual mode and have minimal staffing within our offices. If you need additional assistance, please contact [email protected]

Read Our Two Weekly Volcano Observatory Science Articles

Scientists within the USGS Volcano Hazards Program operate from within five U.S. volcano observatories. One of the primary goals of the observatories is to be an authoritative source for enlightening information about our Nation’s volcanoes.

The Hawaiian Volcano Observatory (HVO), the oldest of the five, has a long history of writing regular articles about volcanic activity and scientific research on the Hawaiian volcanoes. HVO’s weekly article, «Volcano Watch,» entered its 27th year of publication in November 2017. The entire catalog of articles can be accessed and searched on their website. New articles are published every Thursday afternoon.

Taking lead from HVO, the Yellowstone Volcano Observatory (YVO), the newest of the five observatories, began a weekly article on the first day of 2018. This new column—the «Yellowstone Caldera Chronicles«—is posted each Monday on the homepage of YVO’s website . Like HVO’s Volcano Watch series, the YVO Chronicles are peer-reviewed and edited before publication.

If you are interested in learning more about a specific topic related to Yellowstone or Hawaiian volcanism, please contact us. We will certainly answer, and you may see a longer-winded answer in a future Volcano Watch or Yellowstone Caldera Chronicle article.

Источник: volcanoes.usgs.gov


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.