土地利用/土地覆盖变化对南亚（印度）柯本气候分区中二氧化碳排放的贡献

《International Journal of Remote Sensing》：Contribution of land use/land cover changes to CO2 emissions across K?ppen classified climatic zones in South Asia (India)

火山熔岩流速与形态变化的SAR监测研究——以卡多瓦火山为例

　　在研究火山活动时，科学家们面临着许多挑战，尤其是在偏远且多云的地区。这类地区通常难以进行地面观测，而传统的火山监测方法往往受到天气条件、地形障碍以及安全风险的限制。为了解决这些问题，研究者们开始利用卫星遥感技术，特别是高分辨率合成孔径雷达（VHR SAR）数据，来追踪火山活动的动态变化，包括岩浆流动的速度和形态变化。这项研究聚焦于巴布亚新几内亚的Kadovar火山，时间跨度从2019年10月至2022年6月，旨在通过VHR SAR数据对岩浆流动速度进行测量，并利用其他卫星传感器的数据进行验证，以更全面地理解火山喷发过程。

Kadovar火山是一个小型岛屿，位于巴布亚新几内亚海岸以北，其直径约为1.5公里，高度约365米。该火山在2018年首次大规模喷发后，其活动性一直持续到2022年中期，而对这一活动的详细研究尚未充分展开。为了克服喷发期间可能出现的云层遮挡问题，研究团队采用了TerraSAR-X（TSX）的高分辨率SAR幅度图像，这种技术能够在不依赖天气条件的情况下对火山活动进行持续监测。此外，研究还整合了热红外（MODIS和VIIRS）和光学（Sentinel-2和Landsat-8）卫星数据，以增强对喷发动态的理解和验证。

在火山监测中，粒子图像测速（PIV）技术被广泛应用于测量岩浆流动速度。PIV方法最初用于实验流体力学研究，通过追踪图像中特定的粒子或结构来计算流体的运动速度。在Kadovar火山的研究中，PIV被用于分析TSX SAR图像中的岩浆流动。然而，由于SAR图像的成像几何特性，如阴影、缩短效应和覆盖效应，可能会对速度测量造成影响。因此，研究团队通过多种预处理步骤，包括图像校正、配准和对比度增强，以确保数据的准确性和可靠性。此外，为了减少阴影区域对分析的干扰，研究还手动定义了岩浆流动区域的掩膜，确保只有清晰可见的区域被纳入分析。

在PIV分析过程中，研究团队使用了Fiji图像处理软件，该软件基于ImageJ2，具备多种插件，可用于科学图像分析。通过对图像进行分块处理，PIV能够计算出岩浆流动的位移速度。由于SAR图像的特性，所测得的岩浆表面速度需要经过修正，以反映真实的地表运动情况。修正方法基于卫星的入射角和坡度方向，通过计算平均可测速度百分比，将测量速度转换为实际速度。研究还采用了一个理论模型，将岩浆流动速度与热红外和光学数据进行比较，以更准确地描述喷发的演变过程。

研究结果表明，Kadovar火山的喷发活动可以划分为三个明显的阶段。第一阶段是从2019年10月开始，直到2020年初，岩浆流动最为活跃，速度达到每天约2.5米。这一阶段的特征是大量热异常和火山活动的持续存在。第二阶段是从2020年底到2021年中期，喷发活动显著减弱，岩浆流动速度下降，热异常和光学数据也显示活动减少。第三阶段是从2021年中期开始，火山活动再次增强，主要集中在火山口区域，形成了新的岩浆穹顶，并且伴随着更频繁的热异常。通过对比不同时间段的数据，研究团队能够追踪岩浆流动的变化趋势，包括流动速度的波动和形态的演变。

在对热红外数据的分析中，研究团队发现，尽管云层覆盖可能影响数据的连续性，但在某些时间段，如2020年初和2021年底，热异常仍然存在。通过将热红外数据与PIV结果进行对比，研究团队确认了岩浆流动速度的变化趋势与热活动的波动存在一定的相关性。同时，光学数据的分析也显示，火山活动主要集中在火山口和东侧坡地，而云层遮挡可能导致部分数据缺失，但这些缺失并不一定代表火山活动的停止，而是由于天气条件的限制。

在火山形态分析方面，研究团队通过TSX SAR图像的视觉解读，发现东侧坡地的岩浆流动区域在喷发过程中经历了显著的变化。例如，东侧坡地的岩浆流动宽度从最初的180米逐渐缩小至130米，这可能与岩浆的冷却和形态变化有关。同时，火山口区域的形态也发生了变化，包括火山口的扩大和新的岩浆穹顶的形成。这些变化为研究火山喷发的演变过程提供了重要的线索。

尽管PIV方法在火山监测中展现了其独特的优势，但该方法也存在一些局限性。例如，TSX的重访周期为11天，这意味着在某些时间段可能缺乏连续的数据。此外，阴影和地形变化可能影响PIV结果的准确性，导致某些区域的数据缺失。因此，研究团队在分析过程中采取了多种措施，如使用高分辨率的SAR图像、手动定义掩膜区域以及结合其他遥感数据进行验证，以尽量减少这些影响。

在未来的火山监测研究中，高分辨率SAR数据的使用仍具有重要的潜力。随着卫星技术的进步，新的卫星星座如ICEYE、Capella Space和Umbra提供了更高的重访频率和更精确的图像数据，这将有助于更详细地监测火山活动的短期变化和快速流动。此外，使用高分辨率光学数据，如WorldView或Pléiades提供的数据，也能够进一步提高岩浆流动速度的测量精度。然而，这些高分辨率数据的获取成本较高，且在某些偏远地区可能并不容易获得。

总的来说，这项研究通过VHR SAR数据对Kadovar火山的岩浆流动速度进行了详细的测量，并结合热红外和光学数据进行了验证。研究结果不仅揭示了火山喷发活动的演变过程，还为未来的火山监测提供了重要的参考。尽管存在一些技术限制，如数据重访周期和阴影影响，但VHR SAR技术在监测火山活动方面仍然表现出其独特的优势，尤其是在难以获得地面观测数据的地区。未来的研究可以进一步优化数据处理方法，提高监测的连续性和准确性，以更全面地理解火山喷发的动态过程。