《Remote Sensing Applications: Society and Environment》：SPATIAL MODELING OF GEOLOGICAL AND ATMOSPHERIC HAZARDS FOR VOLCANIC ERUPTION MITIGATION AT MOUNT LEWOTOBI LAKI-LAKI
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火山灾害评估中结合GIS与HYSPLIT模型分析Lewotobi Laki-laki 2024年喷发地质及大气次生灾害，识别出Wulanggitang等高危区域并建立优先处置区模型。
德维娜·福齐亚（Devina Fauziah）、赛芬妮莎·赛芬妮莎（Syaefunnisa Syaefunnisa）、菲克里·阿尔吉法赫里（Fikri Algifahri）、莉亚·贝尔利安娜（Lia Berliana）、穆罕默德·陶菲库罗赫曼（Muhammad Taufikurohman）、阿尔法里兹·法吉尔·毛拉德（Alfarizy Fajril Maulad）、塔尼娅·塞普蒂·安格赖尼（Tania Septi Anggraini）、西尔米·阿菲娜·阿里扬（Silmi Afina Aliyan）
印度尼西亚西爪哇省万隆市印度尼西亚教育大学社会科学教育学院，地理信息科学专业，邮编40154
摘要
勒沃托比拉基火山（Mount Lewotobi Laki-laki）是印度尼西亚的活火山之一，在2024年10月至12月期间表现出显著的活跃迹象。本研究旨在根据与该次喷发相关的地质和大气灾害，确定减灾工作的优先区域。首先，通过整合数字高程模型（DEM）、火山灾害易发区数据、河流数据以及距火山口距离等信息（均使用地理信息系统GIS进行分析），识别出主要的地质灾害。其次，利用混合单粒子拉格朗日积分轨迹（HYSPLIT）扩散模型和差分光学吸收光谱（DOAS）技术，识别出次要的大气灾害。第三，通过结合主要和次要灾害，确定总体灾害情况。最后，通过整合总体灾害和暴露数据，对喷发减灾工作的优先区域进行建模。建模结果显示：（1）主要灾害集中在火山口周围及河流通道沿线，其中乌兰吉唐区（Wulanggitang）是最脆弱的区域；（2）次要灾害表明二氧化硫（SO2）气体和火山灰向西扩散，甚至在喷发高峰期到达龙目岛（Lombok）和巴厘岛；（3）总体灾害程度较高，但火山口周围仍存在极高危险区域；（4）优先减灾区域为乌兰吉唐区和伊莱布拉区（Ile Bura），这些地区需要尽早疏散。地理信息系统和遥感技术的应用显著提升了火山喷发影响区域的灾害减灾工作优先级。这些结果仅针对2024年10月至12月的喷发情况，其他喷发情况需更新相关数据后重新分析。
引言
火山喷发是一种自然现象，可能对当地和区域产生严重影响，影响人类健康（Heaviside等人，2021年）和环境（Casadevall，1995年）。火山喷发会释放气体和气溶胶，包括二氧化硫（SO2）以及含有多种金属元素的火山灰（Shikwambana等人，2023年）。这些物质若被人类吸入，可能极具危害性。
根据印度尼西亚能源和矿产资源部（ESDM）2011年的规定，火山活动分为四个等级：IV级、III级、II级和I级。I级表示活动无明显增加；II级标志着活动开始加剧；III级表示活动明显增强但尚未喷发；IV级表示活动显著增强并伴随喷发。印度尼西亚各地分布着许多活火山，尤其是在东努沙登加拉地区。勒沃托比拉基火山最后一次喷发发生在约一年前的2023年12月。2024年底（10月至11月），作为东努沙登加拉地区的活火山之一，该火山活动加剧，达到了IV级，伴随多种现象和大量气体排放到大气中。
观测数据显示，勒沃托比拉基火山属于爆炸性喷发类型，主要喷发物为火山灰，形成的灰柱高度从数百米到数公里不等。这种灰烬沉积会扩散到周边居民区。在2023年12月的最强烈喷发阶段，灰柱高度达到约1.5公里，而在2025年的高峰期则超过8公里。除了爆炸性喷发外，该火山还经历了熔岩流和东部及东北部山坡上的穹丘/熔岩流形成（Andreastuti等人，2025年）。爆炸性和喷出性喷发对二氧化硫（SO2）的排放有显著影响：爆炸性喷发时，岩浆破裂和快速减压导致熔体分解，SO2等气体与碎片和灰烬一同被吸入喷发柱，产生大量高海拔的SO2排放（Wallace，2001年）；而在喷出性喷发过程中，许多气体在喷发前或同时释放，因此SO2排放量较为温和且持续时间长，释放气体来自熔岩表面、火山口裂缝或喷气孔（Kristiansen等人，2024年）。爆炸性喷发将SO2排放到更高层次（平流层），导致硫酸盐气溶胶持续时间更长，气候影响更强烈；而喷出性喷发则使SO2主要停留在对流层，通过湿沉降或化学沉降快速清除，因此单位质量的长期大气影响较小（Carn等人，2017年）。因此，研究喷发过程及其产物对于理解火山灾害的减缓措施至关重要。
多项科学研究探讨了地质灾害（主要灾害）和火山排放物（次要灾害）的分布（Mekuria，2018年）。例如，Shikwambana等人（2023年）研究了汤加火山喷发产生的二氧化硫和硫酸盐气溶胶的传输情况；Louban等人（2009年）使用现场差分光学吸收光谱（DOAS）技术观测了火山喷发的SO2和溴氧化物（BrO）；Arndt等人（2017年）采用低成本生物监测方法研究了火山排放；Mekuria（2018年）利用GIS方法模拟了火山喷发的地质灾害。此外，Sentinel-5P TROPOMI卫星仪器也被用于观测火山喷发期间的大气现象（Koukouli等人，2022年）。这些研究为火山喷发的监测和影响评估提供了重要依据。
现场观测方法和卫星遥感技术各有优缺点。现场观测方法能准确反映自然条件，但需要大量人力、时间和成本，不适合大范围覆盖；而遥感技术可非侵入式收集数据，数据获取时间和地点一致，且覆盖范围广。技术进步进一步提升了其能力。尽管如此，仍存在数据准确性和传感器校准等问题（Dubovik等人，2021年）。
目前，印度尼西亚尚未有研究利用遥感技术对火山喷发产生的地质灾害（主要灾害）和大气灾害（次要灾害）进行空间建模，尤其是针对印度尼西亚的火山。本研究重点观察勒沃托比拉基火山喷发的地质灾害和大气影响，以及其对减灾工作的意义，旨在通过遥感和GIS技术优化灾害缓解措施。
研究区域
研究地点位于东努沙登加拉省，坐标为122°45’59”E和8°32’0”S。2024年底，位于东努沙登加拉地区东弗洛雷斯（East Flores）的勒沃托比拉基火山表现出显著活动。根据火山学和地质灾害缓解中心发布的第95.1号文件（Lap/GL.03/BGV/2024），该火山的状态从III级（警戒）提升至IV级（警告），这一升级基于视觉观测结果。
勒沃托比拉基火山的主要灾害模型
图3显示了勒沃托比拉基火山喷发的主要灾害分布图。该图基于印度尼西亚能源和矿产资源部提供的坡度、海拔、流密度、距火山口距离及火山灾害易发区数据进行处理得出。火山灾害易发区是指可能受到熔岩流、大量灰烬沉积、火山碎屑流、高温泥流和炽热岩石影响的区域。
研究比较
本研究将基于遥感的空间建模结果与火山学和地质灾害缓解中心（PVMBG）发布的2024年勒沃托比拉基火山喷发产物分布数据进行了对比（图14）。地质数据显示，产生了多种火山产物，包括向西和东北方向流动的熔岩流（红色标注），以及分布在山顶周围的大小达2米的弹道块/炸弹状物质（浅色标注）。
结论
研究表明，勒沃托比拉基火山喷发的主要灾害集中在火山口周围，尤其是河流通道沿线，这些区域可能成为泥石流的路径。五个地区直接受到影响，分别是乌兰吉唐（Wulanggitang）、伊莱布拉（Ile Bura）、韦斯特索洛尔（West Solor）、德蒙帕贡（Demon Pagong）和蒂特赫纳（Titehena），其中乌兰吉唐区最为脆弱，因为其大部分建筑位于中等至高危险区域。
CRediT作者贡献声明
穆罕默德·陶菲库罗赫曼（Muhammad Taufikurohman）：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、验证、资源获取、调查、数据分析、可视化。赛芬妮莎·赛芬妮莎（Syaefunnisa Syaefunnisa）：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、可视化、软件使用、资源获取、方法论设计、数据分析、概念构建、验证。菲克里·阿尔吉法赫里（Fikri Algifahri）：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、可视化、软件使用、资源获取、方法论设计、数据分析
未引用文献
Arndt等人，2017年；ESDM，2024年；Esri；Marchi和D’Agostino，2004年；印度尼西亚能源和矿产资源部，2011年；NOAA空气资源实验室，2021年；Sakti等人，2023b年；美国地质调查局，无日期。
利益冲突
作者声明不存在利益冲突。
数据可用性声明
本研究生成的危险地图和支持数据集可公开获取：
https://github.com/devinafzh/Volcanic-Hazard-of-Mount-Lewotobi-Laki-laki.git出版伦理声明
我们代表所有合作者保证，本文的撰写遵循了出版伦理原则。本研究准确描述了研究过程，所有数据均真实无误，方法论详细到足以使他人能够重复实验。本文为原创作品；若使用了他人成果或文字，均已适当引用并获得了必要许可。
资金来源
本研究未获得外部资助。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的利益冲突。
致谢
我们感谢匿名审稿人的宝贵意见和建设性建议，这些帮助提升了本文的质量和清晰度。同时，也感谢所有提供数据支持的人士。
