ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗΣ ΓΙΑ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΗΦΑΙΣΤΕΙΟΥ ΚΑΙ ΜΕΙΩΣΗ ΚΙΝΔΥΝΟΥ

Από RemoteSensing Wiki

ΠΡΩΤΟΤΥΠΟΣ ΤΙΤΛΟΣ: REMOTE SENSING OBSERVATIONS FOR VOLCANO MONITORING AND HAZARD MITIGATION

ΣΥΓΓΡΑΦΕΙΣ: Peter J. MOUGINIS-MARK

ΠΗΓΗ: Technical Session — IC24-Disaster Mitigation, Paper Number 520

ΣΤΟΧΟΣ

Οι ηφαιστειακές εκρήξεις είναι ένα θεαματικό φυσικό φαινόμενο, αλλά και πολύ επικίνδυνο για να μελετηθεί επί τόπου. Επίσης, παρουσιάζουν πολλές δυσκολίες στη μελέτη, οι οποίες οφείλονται στη διαφορετικότητα της κάθε φορά δραστηριότητας και στις απομακρυσμένες περιοχές όπου λαμβάνουν χώρα αυτά τα φαινόμενα. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια της τελευταίας δεκαετίας έχει σημειωθεί μεγάλη πρόοδος στην δορυφορική τηλεπισκόπηση σε ό,τι αφορά τα ηφαίστεια, ενώ περαιτέρω εξέλιξη αναμένεται στα επόμενα χρόνια, καθώς αρκετές χώρες χρησιμοποιούν διαστημόπλοια νέας γενιάς. Ειδικότερα, το διαστημόπλοιο Terra της NASA θα προσφέρει πρωτόγνωρες δυνατότητες στην παρακολούθηση των ηφαιστείων, ενώ μια ομάδα 20 ηφαιστειολόγων έχει εργαστεί για πολλά χρόνια στην ανάπτυξη αλγορίθμων για την παρακολούθηση των ενεργών ηφαιστείων. Επιπλέον, το σύνολο των δεδομένων που παρέχονται από τα αεροσκάφη μπορούν να χρησιμεύσουν στη μελλοντική τοπογράφηση του διαστήματος και στη δημιουργία θερμικών συστημάτων υπέρυθρης απεικόνισης. Πολλά τμήματα του φάσματος, από το υπεριώδες (UV) έως τα μικροκύματα, χρησιμοποιούνται σήμερα για τη μελέτη φαινομένων όπως τα σύννεφα ηφαιστειακής τέφρας, οι θερμικές ανωμαλίες σχετιζόμενες με ροές λάβας και η παραμόρφωση του εδάφους. Επιπρόσθετα, έχουν δημιουργηθεί τοπογραφικοί χάρτες από δορυφόρους και αεροσκάφη προκειμένου να εντοπίστουν αλλαγές στην επιφάνεια το εδάφους λόγω της διάβρωσης των ηφαιστειακών διαδρομών ή της δημιουργίας νέων πεδίων ροής της λάβας. Η παρούσα εργασία εξετάζει πολλές από αυτές τις μεθόδους, αντλώντας δεδομένα από τους δορυφόρους ERS - 2, GOES, Landsat, RADARSAT, SPOT και TOPSAR, για ηφαίστεια στη Χαβάη, στα νησιά Γκαλάπαγκος και στις Φιλιππίνες. Τα δορυφορικά δεδομένα από αυτές τις περιοχές επιτρέπουν στους επιστήμονες που ασχολοιούνται με την τηλεπισκόπηση να κάνουν εκτίμηση των καταστροφών μέσω της μελέτης ττων χαρακτηριστικών της επιφάνειας πριν και μετά το φαινόμενο.

ΕΙΔΗ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΩΝ ΚΑΙ ΑΕΡΟΜΕΤΑΦΕΡΟΜΕΝΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ, ΔΕΚΤΩΝ ΚΑΙ ΚΑΝΑΛΙΩΝ

Σημαντική πρόοδος έχει σημειωθεί όσον αφορά τη χρήση της τηλεπισκόπησης για την παρατηρήση ενεργών ηφαιστείων ήδη από τη δεκαετία του 1990, ενώ η εξέλιξη συνεχίζεται μέχρι σήμερα, καθώς έχει ξεκινήσει η επόμενη γενιά διαστημικών οχημάτων από τις Ηνωμένες Πολιτείες, την Ευρώπη, τον Καναδά και την Ιαπωνία. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα, πολλά ηφαίστεια σε όλο τον κόσμο να απεικονίζονται σε καθημερινή βάση. Το αμερικάνικο διαστημόπλοιο των ΗΠΑ (Terra) είναι το πρώτο μέλος του Συστήματος παρατήρησης της Γης (Earth Observing System, EOS), το οποίο δίνει τα συγκεκριμένα δεδομένα. Έρευνα σχετική με τις χρήσεις των δεδομένων EOS για τα ηφαίστεια έχει διεξαχθεί από τη δεκαετία του 1990 (Mouginis - Mark etal., 1991). Ακόμα, οι δορυφόροι Landsat - 7 και Terra είχαν ενταχθεί υπό τον περιβαλλοντικό δορυφόρο (ENVISAT) και το διαστημικό σκάφος Advanced Earth Observing Satellite 2 (ADEOS II), τα οποία ξεκίνησαν από την Ευρώπη και την Ιαπωνία αντίστοιχα. Οι ENVISAT και ADEOS II φέρουν αισθητήρες ορατού και υπέρυθρου μήκους κύματος, ενώ ο ENVISAT έχει επίσης και ραντάρ σύστημα απεικόνισης. Ακόμα, σύστημα ραντάρ απεικόνισης φέρουν και οι δορυφόροι RADARSAT - 2 και ALOS, από τον Καναδά και την Ιαπωνία αντίστοιχα.

ΨΗΦΙΑΚΕΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΕΣ

Ηφαίστειο Kilauea, Hawai

Το ηφαίστειο Kilauea στη  Hawai είναι σχεδόν συνεχώς ενεργό από τον Ιανουάριο του 1983. Έχει ως εκ τούτου αποδειχθεί ότι είναι μια εξαιρετική περιοχή μελέτης για την ανάπτυξη διαφόρων μεθόδων τηλεπισκόπησης. Κάποιες από αυτές είναι για παράδειγμα η τεχνική της υπερφασματικής ανάλυσης της θερμοκρασίας της ροής της λάβας (hyperspectral technique for the analysis of lava flow temperatures), η χαρτογράφηση της συνολικής θερμικής ροής από τις ενεργές ροές της λάβας (mapping of total thermal flux from active lava flows), η εκτίμηση των συντελεστών παραγωγής λάβας από ραντάρ ιντερφερόμετρων, η ανάλυση του ρυθμού ροής του διοξειδίου του θείου με χρήση θερμικών υπέρυθρων εικόνων και η ανάλυση της αλλαγής της τοπογραφίας μέσω της σύγκρισης των ψηφιακών μοντέλων εδάφους (digital elevation models). Επιπλεόν, έχουν χρησιμοποιηθεί αυτοματοποιημένες μέθοδοι ρουτίνας για τη συχνή παρακολούθηση της θερμικής απόδοσης του ηφαιστείου με τη χρήση γεωστατικών δορυφορικών δεδομένων.

Ηφαίστειο Cerro Azul, νησιά Galapagos

Η έκρηξη του ηφαιστείου Cerro Azul στα νησιά Galapagos τον Σεπτέμβριο του 1998 παρείχε μια εξαιρετική ευκαιρία για την παρακολούθηση ενός εν εξελίξει φαινομένου σε ένα απομακρυσμένο μέρος του κόσμου. Ο μετεωρολογικός δορυφόρος GOES - 8 συνέλεξε συνολικά 520 εικόνες στο ορατό και το θερμικό φάσμα κατά τη διάρκεια της ημέρας και 815 θερμικές εικόνες κατά τη διάρκεια της νύχτας, για τις 36 τις ημέρες του φαινομένου των έκρηξεων του ηφαιστείου Cerro Azul. Στην Εικόνα 1 φαίνεται η έναρξη των ηφαιστειακών εκρήξεων στις 15 Σεπτεμβρίου του 1998. Πολλά χαρακτηριστικά της ηφαιστιακής έκρηξης παρατηρήθηκαν μέσω των δεδομένων του GOES, συμπεριλαμβανομένων των ηφαιστιακών νεφών και της διασποράς τους, των θερμικών ανωμαλιών που οφείλονται στις διεργασίες εσωτερικά του κρατήρα, και των ενεργών ροών της λάβας στην ανατολική πλευρά του ηφαιστείου. Επίσης, ιδιαίτερα σημαντική ήταν η χρήση των δεδομένων του GOES στον ακριβή προσδιορισμό του χρόνου έναρξης και τερματισμού της έκρηξης, καθώς και στον προσδιορισμό της θέσης των ενεργών ρηγμάτων, τόσο εντός όσο και εκτός της περιοχής του κρατήρα.

Εικόνα 1: Μια σειρά από δορυφορικές εικόνες του GOES-8 πάνω από το ηφαίστειο Cerro Azul κατά τη διάρκεια της έκρηξης το Σεπτέμβριο του 1998. Στο κανάλι 1 (0,52- 0,72 μm) φαίνονται οι δύο πρώτες ηφαιστιακές εκρήξεις στις 15 Σεπτέμβρη 1998. Οι εικόνες ελήφθησαν κατά τις ακόλουθες τοπικές ώρες: α) 13:28, β) 13:59, γ) 14:28, δ) 14:58, ε) 15:28 και f) 15:58. Στην τελευταία εικόνα (f), το ακραίο όριο του ηφαιστιακού νέφους 2 (Plume 2) είναι παραμορφωμένο.

Ηφαίστειο Mount Pinatubo, Philippines

Η έκρηξη του ηφαιστείου Pinatubo στις Φιλιππίνες το 1991 έδωσε την ευκαιρία μελέτης των επιπτώσεων μιας μεγάλης ηφαιστειακής έκρηξης. Για πρώτη φορά, υπάρχουν υψηλής ανάλυσης (20 m / ισχνοστοιχείο) δορυφορικά δεδομένα για μια περιοχή, τόσο πριν όσο και μετά το πέρας του φαινομένου. Τα δεδομένα τηλεπισκόπησης που συλέχθηκαν βρίσκονταν σε μικροκυματικό (3,0 έως 68,0 cm), θερμικό (8,0 - 12 μm), μέσο υπέρυθρο (1,0 έως 2,4 μm) και ορατό μήκος κύματος. Έτσι, είναι δυνατό να προσδιορισθεί η χρονική εξέλιξη του φαινομένου από τη μελέτη των θερμικών ιδιοτήτων, της βλάστησης, της διάβρωσης της περιοχής κ.λ.π.. Μια συνολική εικόνα μπορεί να προκύψει από τα φυσικά χαρακτηριστικά της περιοχής, καθώς επηρεάζουν την γεωμορφολογία του ηφαιστείου και τη θερμική του ενέργεια. Παρατηρούνται αλλαγές στην επιφάνεια της περιοχής μελέτης για πολλά χρόνια ή και για δεκαετίες μετά την έκρηξη, επομένως η μελέτη αποκατάστασης της περιοχής μπορεί να γίνει εύκολα με χρήση τηλεπισκοπικών τεχνικών. Η συγκεκριμένη εργασία εστιάζει στις παραμέτρους του ηφαιστείου Mount Pinatubo που μπορούν να μελετηθούν μέσω των δορυφόρων.

• Για πολλά χρόνια μετά την έκρηξη του ηφαιστείου, οι θερμικές ανισορροπίες που σχετίζονται με τις θερμές πηγές νερού που βρίσκονται γύρω από το ηφαίστειο μπορούν να φανούν κατά τη διάρκεια της νύχτας στο θερμικό υπέρυθρο κανάλι 6 (Thermal Infrared, TIR) του Landsat- 7. Όταν αυτές οι εικόνες δεν έχουν σύννεφα, μπορούν να χαρτογραφηθούν τα θερμά ρεύματα (Εικόνα 2).

Εικόνα 2: Νυχτερινή εικόνα της δυτικής πλευράς του βουνού Pinatubo στο κανάλι 6 (10.04 - 12.05 μm) του Landsat- 7. Η εξάτμιση των ζεστών νερών των ποτάμιων συστημάτων φαίνεται με λευκό χρώμα.

• Μια ακόμα παράμετρος που σχετίζεται με τις συνεχιζόμενες αλλαγές στην περιοχή είναι ο ρυθμός ανάπτυξης της βλάστησης. Η παρακολούθηση της κατανομής της βλάστησης είναι ιδιαίτερα πολύτιμη για την αποφυγή εκτεταμένης καταστροφής, καθώς και για την αποκατάσταση της περιοχής. Η βλάστηση μπορεί να προσδιορισθεί εύκολα χρησιμοποιώντας κανάλια υπέρυθρου μήκους κύματος. Για παράδειγμα, ο συνδιασμός τριών καναλιών ορατού και εγγύς υπέρυθρου (Near Infrared) μύκους κύματος του δορυφόρου SPOT ορίζει με σαφήνεια τους τομείς που καλύπτει η βλάστηση σε μια εικόνα, ενώ σε σύγκριση με εικόνες άλλων ετών για την ίδια περιοχή, προκύπτουν οι αλλαγές στη βλάστηση. Στην Εικόνα 3 φαίνονται τέσσερις εικόνες του SPOT (έτη 1991, 1994, 1996 και 1998) , που δείχνουν το ποσοστό της αναγέννησης της βλάστησης στην κορυφή του ηφαιστείου.

Εικόνα 3: Ακολουθία τεσσάρων εικόνων του δορυφορικού δέκτη SPOT MSS που δείχνουν την αναγέννηση της βλάστησης στην κορυφή του ηφαιστείου Mount Pinatubo. Δεκέμβριος 1991 (επάνω αριστερά), Δεκέμβριος 1994 (επάνω δεξιά), Φεβρουάριος 1996 (κάτω αριστερά) και Δεκέμβριο 1998 (κάτω δεξιά). Η βλάστηση απεικονίζεται με κόκκινο χρώμα.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Αυτή η εργασία παρουσιάζει τις δυνατότητες της τηλεπισκόπησης για μερικά ενεργά ηφαίστεια σε όλο τον κόσμο. Αναμένεται ότι η τηλεπισκόπηση θα διαδραματίζει ένα όλο και μεγαλύτερο ρόλο στην παρακολούθηση της επικινδυνότητας τέτοιων φαινομένων. Πολλές από τις ηφαιστειακές εκρήξεις που θα απεικονίζονται από τα διαστημικά σκάφη θα έχουν άμεσες κοινωνικές και οικονομικές επιπτώσεις στις τοπικές κοινότητες. Η δημιουργία ισχυρών συνεργατικών δεσμών με ξένα παρατηρητήρια ηφαιστείων και η κοινή συλλογή και ανάλυση των δορυφορικών δεδομένων είναι η απόδειξη ότι τα τοπικά ζητήματα εξακολουθούν να είναι μεγίστης σπουδαιότητας.