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科學家如何利用熱成像預測火山活動變化

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，該火山開始出現活動增加跡象。2018年5月3日，火山出現了第一條裂縫，即所謂的裂隙，緊跟著接連出現了19條裂隙，總數達到20條。隨著熔巖流和島上毀壞情況相關圖片的大量傳播，火山活動情況引起了人們的廣泛關注。

此后，美國地質調查局(USGS)及其夏威夷火山觀測站提供的新聞和信息不斷升級，并于2018年5月15日，USGS警報級別從“橙色”變為“紅色”，表明“重大火山噴發即將或已經發生，或者地面和空中都存在疑似危險的火山活動?！?/p>

科學家收集各種關鍵信息和數據，以更好地了解正火山噴發情況，包括利用手持式熱像儀進行溫度測量。他們利用上述信息來幫助進行可能的救生預測。美國境內有大約169座活火山，而全球范圍內約有1,500座活火山。

在基拉韋厄火山捕捉熱能
USGS進行的大部分監控活動都利用非活動時間安裝的儀器來收集信息，其中許多都是臨時性的。然而，火山活動增加時，USGS和其他相關組織將有機會獲得關于火山實時行為模式的核心信息。

USGS科學家們利用各種空中(飛機)、軌道(衛星)和手持式感測儀器(如熱像儀)來收集數據。一旦收集到數據，就可以對其進行分析并用于預測未來的火山爆發。

“使用手持式熱像儀進行測量有很多優勢，”夏威夷大學希洛校區地質系主任Steve Lundblad表示：“USGS的科學家在進入一些潛在危險地區時，必須對危險格外警惕。借助便攜式熱像儀，可以輕松即時獲得事件發展和變化的實時數據。而使用其他方法測量溫度可能需要額外的時間來安裝和回收設備。”

比如熱耦合器，該設備必須被確實放置于地面，測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量溫度的非接觸式方式。

“USGS竭盡所能地來收集紅外(IR)熱圖測量結果是非常值得的，”Lundblad說道：“由于USGS一直在捕獲和分析其他火山噴發事件的數據，因此他們已經能夠對基拉韋厄火山的運動和行為做出準確預測。了解火山接下來的活動情況對于保障公民安全非常有用。”

確保周圍社區在火山爆發期間的安全性和知情權是成功管理火山噴發事件的最重要條件。除了USGS相關部門及其觀測站以外，諸如夏威夷民防局等關鍵組織還提供重要的警告和信息，包括可能撤離的信息。USGS還努力保障科學家的安全。

“關于是否在某些地區進行測量的決策很可能要根據具體情況而定。”Lundblad表示：“例如，第17號裂隙非?；钴S，噴涌出巨大的熔巖炸彈，因此太過危險，無法靠近。但是，仍然可以從其他相對穩定的火山口或裂隙中獲取有價值的數據，以幫助預測火山再次噴發的可能性。”

紅外熱像儀如何工作？
與捕捉可見光來生成圖片的常規相機不同，熱像儀通過檢測物體發出的紅外能量(如熔巖流輻射的能量)來建立圖像。熱像儀利用紅外敏感傳感器來檢測紅外能量并將其轉換為熱圖，并利用不同的顏色來表示不同的溫度以指示溫度變化，例如高溫點。

遠距離測量熱能
USGS還利用安裝在飛機和衛星上的熱成像設備來收集測量數據。無論是近距離還是遠距離，根據火山的具體情況不同，每種方法都具有其最佳的使用時間和地點。

相對于安全捕獲熱活動有時可能非常危險的現場監測，遠距離捕獲熱圖也有缺點，因為這種方法對有利的天氣和大氣條件依賴性較大。例如，第20號裂隙產生了大量火山灰，對熱像儀的可見性產生影響，導致測量不可靠。

盡管仍然無法準確確定火山噴發的確切時間，但是利用熱像儀來捕獲用于當前和歷史參考的有價值的數據，可以為USGS科學家提供巨大幫助。USGS的科學家越了解火山在非活動和活動時期的表現，就越能夠加快其準確確定火山噴發時間的步伐。