Πως η ποικιλία τηλεπισκοπικών δεδομένων σχετικά με τα ηφαίστεια μπορεί να βοηθήσει στην απεικόνιση κινδύνων...
Από RemoteSensing Wiki
Πως η ποικιλία τηλεπισκοπικών δεδομένων σχετικά με τα ηφαίστεια μπορεί να βοηθήσει στην απεικόνιση τέτοιων κινδύνων: Η έκρηξη του ηφαιστείου Nabro το 2011
Πρότυπος Τίτλος: How the variety of satellite remote sensing data over volcanoes can assist hazard monitoring efforts: The 2011 eruption of Nabro volcano
Συγγραφείς: Gaetana Ganci, Annalisa Cappello, Giuseppe Bilotta, Ciro Del Negro
Πίνακας περιεχομένων |
Εισαγωγή
Η ενσωμάτωση τεχνικών τηλεπισκόπηση και μοντέλων πρόβλεψης της ροής της λάβας αποτελεί μια καινοτόμο διαδικασία στην ποσοτική αξιολόγηση κινδύνων. Η οποία ωστόσο έχει και τους περιορισμούς της όσον αφορά την ακρίβεια των αποτελεσμάτων. Η ροή της ακτινοβολούμενης θερμότητας μπορεί να μετρηθεί από δορυφορικές εικόνες με ένα συγκεκριμένο ποσοστό λάθους. Έρευνες έχουν δείξει ότι σημαντικό ρόλο σε αυτό το σφάλμα παίζει η περιεκτικότητα του μάγματος σε πυρίτιο.
Οι αρχικές προσπάθειες για online αξιολόγηση της ροής της λάβας έγιναν σε πολυφασματικές εικόνες ωστόσο αυτές οι εικόνες δεν παρέχουν πληροφορίες για την κατανομή του πάχους των αποθεμάτων των ηφαιστείων. Η τοπογραφική απεικόνιση των περιοχών της ροής της λάβας αποτελεί μια αρκετά πιο αξιόπιστη λύση.
Η τοπογραφική απεικόνιση γίνεται με αισθητήρες Lidar, σκάνερ laser, drones κτλ. και έχει αποδειχτεί μια μέθοδος ιδιαίτερα αποτελεσματική και ακριβής στον υπολογισμό των προϊόντων εκρήξεων ακόμα και όταν είναι πολύ δύσκολο να προσεγγίσουμε την περιοχή στην περίπτωση δηλαδή ενεργών ηφαιστείων. Μια εναλλακτική σε αυτή τη μέθοδο προσφέρεται με την χρήση διαχρονικών εικόνων για την δημιουργία τοπογραφικών χαρτών.
Σε αυτή τη μελέτη γίνεται ένας συνδυασμός μεθόδων με σκοπό όσο αυτό είναι εφικτό την βελτίωση της ποιότητας της αξιολόγησης κινδύνων ηφαιστειακών εκρήξεων. Αυτή η στρατηγική εφαρμόστηκε στην έκρηξη του ηφαιστείου Nabro το 2011, η οποία καταγράφηκε με πολυφασματικές εικόνες από δορυφόρους καθώς ήταν μια αρκετά μεγάλη έκρηξη μεγέθους 5.1, όπου και επιτεύχθηκε ο περιορισμός της ροής της λάβας, αξιοποιώντας δωρεάν δορυφορικά δεδομένα.
Χάρη σε αυτή την καινούργια προσέγγιση το Lav@hazard, ένα plugin του GIS για την πρόβλεψη ηφαιστειακών κινδύνων μπορεί πλέον να χρησιμοποιηθεί για την βελτίωση της άμεσης πρόβλεψης τέτοιων κινδύνων.
Μεθοδολογία
Lav@hazard
Το Lav@hazard συνδυάζει το σύστημα δορυφορικής απεικόνισης HOTSAT και το μοντέλο MAGFLOW για την πρόβλεψη της ροής της λάβας. Πλέον το HOTSAT έχει αναβαθμιστεί και συμπεριλαμβάνει εικόνες μεγαλύτερης χωρικής ανάλυσης (Aster, 8, Sentinel 2) για την παραγωγή θερμικών χαρτών οι οποίοι μετά συγκρίνονται με τα σενάρια έκρηξης που προέκυψαν από το MAGFLOW να υπάρχει μια ολοκληρωμένη αξιολόγηση.
Ωστόσο το Lav@hazard χρειάζεται ανανεωμένα μοντέλα που να παρουσιάζουν την τοπογραφία της περιοχής καθώς παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στην διαμόρφωση της ροής της λάβας. Γι αυτό το λόγο στο Lav@hazard συμπεριλήφθηκε ένα νέο μοντέλο το οποίο ήταν ικανό να παράγει γρήγορα, ψηφιακά μοντέλα εδάφους (DEM) από εικόνες υψηλής ανάλυσης, το οποίο χρησιμοποιούνταν από το MAGFLOW για να παράξει της περιοχές ροής της λάβας.
Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους και TADR
Δημιουργήθηκαν ψηφιακά μοντέλα εδάφους για διαφορετικές χρονικές περιόδους (πριν και μετά την έκρηξη) για τις περιοχές και απο την αφαίρεση τους προέκυψε ένα νέο μέσω του οποίου ήταν εφικτό να εντοπιστεί η διαβρωμένες περιοχές και η κατανομή όγκου και πάχους των πρόσφατων αποθεμάτων του ηφαιστείου. Έπειτα ο μέγιστος και ο ελάχιστος όγκος της λάβας που υπολογίστηκε συνδυάζεται με τα δεδομένα για το μέγεθος της έκρηξης, τα οποία προκύπτουν μέσω την ενσωμάτωσης της μέγιστης και ελάχιστης καμπύλης TADR (καμπύλες που παρουσιάζουν την ροή ακτινοβολούμενης θερμότητας σε συνάρτηση με τον χρόνο) μέσω του HOTSAT για την παραγωγή σεναρίων ροής της λάβας (Εικόνα 1).
Η έκρηξη του Nabro το 2011
Το Nabro είναι ένα ηφαίστειο το οποίο βρίσκεται στα νοτιοδυτικά των Άλπεων Ντανακίλ στην Ερυθραία. Το 2011 η έκρηξη του Nabro ήταν πρώτη που έχει καταγραφεί και η μεγαλύτερη της δεκαετίας που πέρασε. Την περίοδο της έκρηξης δεν υπήρχαν μέσα παρατήρησης της σεισμικής δραστηριότητας στην περιοχή ωστόσο οι σεισμοί που έγιναν αρκετές ώρες πριν την έκρηξη προκάλεσαν μια άμεση εκκένωση της περιοχής. Παρ 'όλα αυτά υπήρξαν 7 νεκροί στην Ερυθραία και 31 στην Αιθιοπία. Η έκρηξη είχε σαν αποτέλεσμα την δημιουργία τριών ροών λάβας με την μεγαλύτερη να κατευθύνεται προς τα βορειοδυτικά και μέσα σε 4 μέρες να καλύπτει μια έκταση 15 χιλιομέτρων.
Δημιουργία των DEMs
Για να απεικονιστεί ο όγκος της λάβας κατά την έκρηξη η τοπογραφική προσέγγιση βασίστηκε στην διαφορά των DEMs τα οποία δημιουργήθηκαν από εικόνες ASTER(15m χωρική ανάλυση στο εγγύς υπέρυθρο κανάλι) και PlanetScope. Για την μελέτη αυτή φτιάχτηκαν έξι DEMs για την περίοδο πριν την έκρηξη από ASTER και επτά μετα την έκρηξη με την χρήση εικόνων PlanetScope. Για να υπάρξει η μέγιστη συνοχή των ψηφιακών μοντέλων εδάφους εφαρμόστηκε ο αλγόριθμος Nuth και Kaab για να ελαχιστοποιηθούν οι οριζόντιες και και κατακόρυφες διαφορές ανάμεσα στα μοντέλα εδάφους. Ενώ επίσης συγχωνεύτηκαν και τα έξι DEMs πριν την έκρηξη σε ένα για καλύτερα αποτελέσματα. Στην Eικόνα 2 φαίνεται το αποτέλεσμα της απεικόνισης των ροών της λάβας από την έκρηξη.
Καμπύλες TADR
Ωστόσο τις πρώτες μέρες της έκρηξης λόγω της τέφρας που είχε απελευθερωθεί ήταν πολύ δύσκολο να καταγραφεί η ροή της λάβας. Γι αυτό το λόγο οι ροές υπολογίστηκαν με βάση τις εκπομπές SO2 που εντοπίστηκαν από δορυφόρο. Αφού υποχώρησε η τέφρα το HOTSAT χρησιμοποίησε δεδομένα SEVIRI και MODIS για να παράξει της καμπύλες TADR (τρεις καμπύλες: μέγιστη, ελάχιστη και μέση).
Έπειτα από τις καμπύλες με την χρήση του MAGFLOW δημιουργήθηκαν τρία ψηφιακά σενάρια της ροής της λάβας, βάζοντας του σαν παραμέτρους πληροφορίας για το ανάγλυφο (DEM), ιδιότητες ροής της λάβας, πιθανά ανοίγματα ή φράγματα που θα έβρισκε στη διαδρομή της, και την ένταση της ροής ανά μονάδες χρόνου. Στην Eικόνα 3 φαίνονται τα τρία αυτά σενάρια σε σχέση με την πραγματική ροή. Σε επόμενο επίπεδο έγινε μια σύγκριση των ποσοτικών αποτελεσμάτων αυτών των σεναρίων όπως η κατανομή του όγκου της λάβας για να προσδιοριστεί η εγκυρότητα των αποτελεσμάτων. Το σενάριο που παρείχε την πιο ακριβής απεικόνιση ήταν αυτό που βασίστηκε στην μέση καμπύλη.
Συζήτηση
Ο υπολογισμός των εκροών μέσω δορυφόρων βασίζεται σε μια απλή φόρμουλα η οποία συσχετίζει τον ρυθμό εκφόρτωσης της λάβας με την εκπεμπόμενη θερμότητα ανά μονάδες χρόνου. Η χρήση των ψηφιακών μοντέλων εδαφών βοήθησε στον περιορισμό της σταθεράς που χρησιμοποιήθηκε για την μετατροπή αυτή. Ωστόσο προφανώς και η ακρίβεια των αποτελεσμάτων βασίζεται και στην ακρίβεια των δεδομένων που εισάγουμε στο MAGFLOW, συμπεριλαμβανομένου και της ανάλυσης του ψηφιακού μοντέλου εδάφους πριν την έκρηξη. Τέλος όπως είναι εμφανές και στην Eικόνα 3 η βασική αποτυχία και των τριών σεναρίων έχει να κάνει κυρίως με την περιοχή που βρίσκεται κοντά στον κρατήρα. Αυτό συνέβη διότι πιθανότατα η στερεοποίηση του ίδιου του μάγματος δημιούργησε όρια και περιόρισε την λάβα δημιουργώντας μια πιο στενή ροή.
Συμπεράσματα
Η μεθοδολογία που εφαρμόστηκε στην συγκεκριμένη μελέτη μας ενώ παρουσιάζει τις δυνατότητες που προκύπτουν μέσω του συνδυασμού διαφορετικών τηλεπισκοπικών δεδομένων ενώ παράλληλα εντοπίζει και τους περιορισμούς που προκύπτουν στην μετατροπή της εκπεμπόμενης θερμότητας σε καμπύλες TADR. Ωστόσο αποτελεί ακόμα ένα βήμα μπροστά για την δημιουργία ενός παγκόσμιου δικτύου απεικόνισης καταστροφών σε απομακρυσμένες περιοχές.
