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通过基拉韦厄火山喷发案例浅析地震与火山

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20 五月 2020

通过基拉韦厄火山喷发案例浅析地震与火山

当地球震动或熔融地幔涌至地表时,会对基础设施、个人财产以及人类生命产生灾难性威胁。地震火山喷发是"国际宪章"应对活动中最常见的两种地球物理灾害。这两种现象都属于"自然"灾害,都是由地球正常活动产生的后果——当地壳板块移动、向上推压,或者地下深处的固体岩石不断熔化时,压力会不断增强,直至地球表面出现裂口,将能量释放出来。虽然目前各种先进的火山观测站可以通过各种测量数据来预警潜在的火山活动,全球地震网络可以通过监测实时地震波形来识别地震,但科学家们却无法做到每次都能预测出重大灾害爆发的时间或地点。

长久以来,"国际宪章"一直致力于为灾害救援提供卫星数据,并为灾害管理提供分析服务。20年前,也就是2001年,"宪章"第一次启动了地震和火山救援协助服务。此后,"宪章"共计响应了69次地震救援活动和37次火山爆发救援活动。在各种启动"宪章"的灾害救援协助事件中,地震灾害占比11%,火山灾害占比6%。此外,在其他灾难中也会伴有地震发生,最常见的就是海啸和山体滑坡,还有火山喷发。

Lava
2018年5月6日,一股熔岩流沿着莱拉尼庄园(Leilani Estates)社区的一条街道流动,照片来源:美国地质调查局(USGS)

位于美国夏威夷岛的基拉韦厄火山(Kilauea Volcano)发生火山喷发,同时引发了数千次小地震。2018年5月3日,夏威夷州政府宣布该州发生了火山喷发灾害,起因是自4月下旬以来一直持续的火山活动导致裂隙和熔岩裂缝,影响到夏威夷莱拉尼庄园社区附近的下东区裂谷带(Lower East Rift Zone)。火山喷发后第二天,该地区发生了6.9级地震,当天晚些时候,受灾地区出现了六条熔岩裂缝,每条裂缝均长达数百米。随后的2-3天,在住宅区和附近相继出现几条裂缝,且裂缝区域的地壳运动一直不稳定,每次地壳运动的起始和终止时常伴有熔岩流喷涌,高度可达100米,波及区域达36,000平方米。

5月6日(星期日),美国地质调查局(USGS)火山危害项目组召开内部会议,讨论针对基拉韦厄火山喷发事件启动"国际宪章"的相关事宜。会上,相关人员希望通过启动"宪章"获得地面变形信息(裂缝、空洞、熔岩流和塌陷),而且对合成孔径雷达(SAR)卫星数据尤为感兴趣。因为SAR能够穿透植被层,这对勘探夏威夷茂密的丛林大有裨益,但要进行灾害评估还需要配合使用高分辨率的光学数据。

次日清晨,熔岩流又损坏了26所房屋和多处建筑,造成1,700多人流离失所。美国地质调查局(USGS)的火山学家朱莉·格里斯沃尔德(Julie Griswold)联系了美国授权用户,并于5月7日启动了"宪章"。朱莉女士除了协助启动"宪章"外,还担任了该项目的项目经理,为这一项目提供专业支持。作为一名经验丰富的项目经理,朱莉女士充分利用"宪章"提供的各种资料进行灾害评估。比如:使用Sentinel-1B、RADARSAT-2、TerraSAR-X、KOMPSAT-5和ALOS-2卫星的SAR雷达数据绘制基拉韦厄火山和哈勒马乌玛火山内部活动图、进行财产和基础设施的灾害评估、绘制处于活跃状态的裂缝/熔岩流卫星图(见下图)。

RADARSAT-2 map
RADARSAT-2卫星识别出一条裂缝(红点处),并绘制出从莱拉尼庄园(Leilani Estates)和拉尼普娜花园(Lanipuna Gardens)流向海洋的熔岩流卫星图。

除了SAR雷达影像外,还要一些光学卫星资源,包括WorldView-3、Sentinel-2、Landsat-8、UK-DMC-2、Gaofen-2、Pleiades和LISS-III卫星,这些卫星提供的数据资料主要用于绘制灾害评估图,其中,一些遥感卫星还能捕捉到壮观的熔岩流,下图即为Sentinel-2卫星在灾害发生20天后捕获的影像。

Sentinel-2 map
上图为Sentinel-2卫星于5月23日捕获的影像,从图片中我们可以清晰地看到处于活跃状态的熔岩裂缝正在从莱拉尼庄园区域斜向延伸,穿过地热发电厂,还有大量熔岩流从熔岩裂缝流向图片右下方的海洋中。

以上展示的只是冰山一角,实际上"宪章"为本次火山喷发灾害提供了大量增值影像产品,共计绘制了60多张影像地图,为应急管理部门开展相关工作提供了有力支持。比如:国家民用应用中心(National Civil Applications Center,以下简称NCAC)就发现"宪章"提供的数据资料在此次事件监测过程中具有不可估量的价值。NCAC高级分析师加里·费希尔(Gary Fisher)说:"在火山爆发期间,我们使用了多套数据资料对灾害进行监测,每天绘制灾害影像地图(有时一天绘制两次)。此次事件中收集了大量遥感数据,凭借这些数据,我们能够捕捉到熔岩每天的活动情况,并准确地绘制出熔岩最活跃的区域以及此次灾害波及的地区的影像地图。"

"宪章"提供的大量数据和衍生产品充分证明了在此次国际合作中,"宪章"发挥了巨大的作用。