科學(xué)家如何利用熱成像預(yù)測(cè)火山活動(dòng)變化
夏威夷島上的基拉韋厄火山是世界上最活躍的活火山之一。2018年4月下旬，該火山開(kāi)始出現(xiàn)活動(dòng)增加跡象。2018年5月3日，火山出現(xiàn)了第一條裂縫，即所謂的裂隙，緊跟著接連出現(xiàn)了19條裂隙，總數(shù)達(dá)到20條。隨著熔巖流和島上毀壞情況相關(guān)圖片的大量傳播，火山活動(dòng)情況引起了人們的廣泛關(guān)注。
此后，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)及其夏威夷火山觀測(cè)站提供的新聞和信息不斷升級(jí)，并于2018年5月15日，USGS警報(bào)級(jí)別從“橙色”變?yōu)椤凹t色”，表明“重大火山噴發(fā)即將或已經(jīng)發(fā)生，或者地面和空中都存在疑似危險(xiǎn)的火山活動(dòng)?！?/p>
科學(xué)家收集各種關(guān)鍵信息和數(shù)據(jù)，以更好地了解正火山噴發(fā)情況，包括利用手持式熱像儀進(jìn)行溫度測(cè)量。他們利用上述信息來(lái)幫助進(jìn)行可能的救生預(yù)測(cè)。美國(guó)境內(nèi)有大約169座活火山，而全球范圍內(nèi)約有1,500座活火山。
在基拉韋厄火山捕捉熱能
USGS進(jìn)行的大部分監(jiān)控活動(dòng)都利用非活動(dòng)時(shí)間安裝的儀器來(lái)收集信息，其中許多都是臨時(shí)性的。然而，火山活動(dòng)增加時(shí)，USGS和其他相關(guān)組織將有機(jī)會(huì)獲得關(guān)于火山實(shí)時(shí)行為模式的核心信息。
USGS科學(xué)家們利用各種空中(飛機(jī))、軌道(衛(wèi)星)和手持式感測(cè)儀器(如熱像儀)來(lái)收集數(shù)據(jù)。一旦收集到數(shù)據(jù)，就可以對(duì)其進(jìn)行分析并用于預(yù)測(cè)未來(lái)的火山爆發(fā)。
“使用手持式熱像儀進(jìn)行測(cè)量有很多優(yōu)勢(shì)，”夏威夷大學(xué)希洛校區(qū)地質(zhì)系主任Steve Lundblad表示：“USGS的科學(xué)家在進(jìn)入一些潛在危險(xiǎn)地區(qū)時(shí)，必須對(duì)危險(xiǎn)格外警惕。借助便攜式熱像儀，可以輕松即時(shí)獲得事件發(fā)展和變化的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。而使用其他方法測(cè)量溫度可能需要額外的時(shí)間來(lái)安裝和回收設(shè)備?！?/p>
比如熱耦合器，該設(shè)備必須被確實(shí)放置于地面，測(cè)量完成后再拆除回收。然而，紅外熱像儀提供了一種可快速測(cè)量溫度的非接觸式方式。
“USGS竭盡所能地來(lái)收集紅外(IR)熱圖測(cè)量結(jié)果是非常值得的，”Lundblad說(shuō)道：“由于USGS一直在捕獲和分析其他火山噴發(fā)事件的數(shù)據(jù)，因此他們已經(jīng)能夠?qū)f厄火山的運(yùn)動(dòng)和行為做出準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。了解火山接下來(lái)的活動(dòng)情況對(duì)于保障公民安全非常有用?！?/p>
確保周?chē)鐓^(qū)在火山爆發(fā)期間的安全性和知情權(quán)是成功管理火山噴發(fā)事件的最重要條件。除了USGS相關(guān)部門(mén)及其觀測(cè)站以外，諸如夏威夷民防局等關(guān)鍵組織還提供重要的警告和信息，包括可能撤離的信息。USGS還努力保障科學(xué)家的安全。
“關(guān)于是否在某些地區(qū)進(jìn)行測(cè)量的決策很可能要根據(jù)具體情況而定?！盠undblad表示：“例如，第17號(hào)裂隙非?；钴S，噴涌出巨大的熔巖炸彈，因此太過(guò)危險(xiǎn)，無(wú)法靠近。但是，仍然可以從其他相對(duì)穩(wěn)定的火山口或裂隙中獲取有價(jià)值的數(shù)據(jù)，以幫助預(yù)測(cè)火山再次噴發(fā)的可能性?！?/p>
紅外熱像儀如何工作？
與捕捉可見(jiàn)光來(lái)生成圖片的常規(guī)相機(jī)不同，熱像儀通過(guò)檢測(cè)物體發(fā)出的紅外能量(如熔巖流輻射的能量)來(lái)建立圖像。熱像儀利用紅外敏感傳感器來(lái)檢測(cè)紅外能量并將其轉(zhuǎn)換為熱圖，并利用不同的顏色來(lái)表示不同的溫度以指示溫度變化，例如高溫點(diǎn)。
遠(yuǎn)距離測(cè)量熱能
USGS還利用安裝在飛機(jī)和衛(wèi)星上的熱成像設(shè)備來(lái)收集測(cè)量數(shù)據(jù)。無(wú)論是近距離還是遠(yuǎn)距離，根據(jù)火山的具體情況不同，每種方法都具有其最佳的使用時(shí)間和地點(diǎn)。
相對(duì)于安全捕獲熱活動(dòng)有時(shí)可能非常危險(xiǎn)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，遠(yuǎn)距離捕獲熱圖也有缺點(diǎn)，因?yàn)檫@種方法對(duì)有利的天氣和大氣條件依賴(lài)性較大。例如，第20號(hào)裂隙產(chǎn)生了大量火山灰，對(duì)熱像儀的可見(jiàn)性產(chǎn)生影響，導(dǎo)致測(cè)量不可靠。
盡管仍然無(wú)法準(zhǔn)確確定火山噴發(fā)的確切時(shí)間，但是利用熱像儀來(lái)捕獲用于當(dāng)前和歷史參考的有價(jià)值的數(shù)據(jù)，可以為USGS科學(xué)家提供巨大幫助。USGS的科學(xué)家越了解火山在非活動(dòng)和活動(dòng)時(shí)期的表現(xiàn)，就越能夠加快其準(zhǔn)確確定火山噴發(fā)時(shí)間的步伐。
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原創(chuàng)標(biāo)題：科學(xué)家如何利用熱成像預(yù)測(cè)火山活動(dòng)變化
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