《Geothermics》：Quantifying geothermal heat loss at the Dayoukeng crater using UAV thermal imaging and comparison with Landsat-derived estimates
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本研究利用高分辨率无人机（UAV）热红外成像，在黎明条件下获取大油坑（DYK）火山口的地表温度（LST）数据，并结合Landsat热红外数据，在适当假设下基于斯特藩-玻尔兹曼定律（Stefan-Boltzmann law）计算辐射热通量（RHF）和地热辐射热损
本研究利用高分辨率无人机（UAV）热红外成像，在黎明条件下获取大油坑（DYK）火山口的地表温度（LST）数据，并结合Landsat热红外数据，在适当假设下基于斯特藩-玻尔兹曼定律（Stefan-Boltzmann law）计算辐射热通量（RHF）和地热辐射热损失（RHL），同时考虑地表发射率、大气透过率和环境温度，并通过空间积分获得地热区域的热损失。研究人员旨在：（1）量化DYK火山口的地热辐射热通量和热损失；（2）比较无人机与卫星热红外估计值；（3）评估热红外遥感在活动火山环境地热工程中的适用性。通过首次提供DYK火山口的无人机地热热损失估计，本研究展示了结合无人机与卫星热红外观测进行地热资源评估的价值。
**论文解读：基于无人机与Landsat热红外成像的大油坑火山口地热热损失量化研究**
**一、研究背景与问题**
台湾地热资源与其活跃的构造环境密切相关，欧亚板块与菲律宾海板块的汇聚导致高热量流和广泛火山活动，全岛地热资源潜力（约4公里深度以内）估计约160 GWe，其中约33.6 GWe被认为技术上可开采用于发电。大屯火山群（TVG）是台湾最有望的地热区之一，浅层（<500米深度）地热潜力约514 MWe，深层（可达4公里）地热发电潜力约2,886 MWe。大油坑（DYK）火山口位于TVG内，海拔约805米，具有强烈的喷气孔活动、表面温度超过120°C以及高酸性流体（pH 1-2），表明来自深部的强烈热和物质传输。传统上，TVG的地热评估依赖地球化学、地球物理和地震方法。然而，热红外遥感提供了一种非侵入性的补充手段，可直接量化地表热异常。尽管已有研究利用卫星热红外数据估算地热热损失，但高分辨率无人机（UAV）热成像在局部热异常精细表征方面的潜力尚未在大油坑得到充分应用。此外，不同平台（UAV与Landsat）之间的热损失估计一致性尚需验证。因此，本研究旨在通过UAV热成像与Landsat热红外数据，首次量化大油坑火山口的地热辐射热损失，并比较两者结果，评估热红外遥感在地热工程中的适用性。
**二、主要技术方法**
研究人员采用双平台热观测方法，结合UAV热成像（分米级分辨率，13厘米）和Landsat热红外数据（30米分辨率）。UAV搭载Workswell Pro Sc热红外相机（7.5–13.5 μm，640×512像素），通过地面热偶温度计和发射率校准（平均发射率0.895）确保辐射一致性。Landsat 9 Collection 2 Level-2地表温度产品（L2SP）经大气校正，基于单通道算法和ASTER全球发射率数据集（GED）获得。研究人员利用斯特藩-玻尔兹曼定律计算辐射热通量（RHF），并通过对地热区域（ROI）进行空间积分获得辐射热损失（RHL），再减去邻近非地热参考区域的背景热损失，得到净地热辐射热损失。
**三、研究结果**
1. **地表温度分布模式**
UAV地表温度（LST）显示12–84°C的宽范围，而Landsat LST为33–44°C，UAV数据对局部高温特征（如喷气孔和蚀变地面）更敏感，但两者均一致识别出大油坑火山口的主要热异常。
2. **辐射热通量分布**
UAV数据最大辐射热通量（RHF）约214 Wm?2，Landsat数据约63 Wm?2，RHF空间分布与LST高度一致，高温区域对比增强。
3. **UAV数据的地热辐射热损失**
通过两个背景区域（Background A距火山口约100米，Background B约200米）进行背景扣除，大油坑净地热RHL估计为154 MW（Background A）和210 MW（Background B）。由于Background B更远离火山口，受侧向热传导影响较小，因此210 MW被视为更合适的估计值。
4. **Landsat数据的地热辐射热损失**
类似背景扣除（Background A距火山口约300米，Background B约600米），大油坑净地热RHL为174 MW（Background A）和217 MW（Background B），同样选取217 MW为优先估计值。
**四、讨论与结论**
UAV与Landsat LST直方图分布相似，但均值和极值存在系统性差异，反映了多分辨率热观测的尺度效应。Landsat数据中，局部高温特征被更冷背景平均，导致峰值降低、背景值升高。空间对比显示两种数据均一致识别出大油坑火山口主要热异常，并呈东北向延伸，与已识别的NE–SW走向断裂带一致，表明结构控制的水热循环。尽管UAV与Landsat采集时间相差10天，但气象数据表明气温相对稳定，降雨事件未影响热异常识别。UAV数据提供了单个喷气孔和蚀变地面的精细特征，对场地尺度地热调查具有重要价值。
地热辐射热损失估计：UAV为210 MW，Landsat为217 MW，两者高度一致。与整个TVG的浅层地热潜力（约514 MWe）相比，大油坑的热损失表明其是TVG内最活跃的水热系统之一。不确定性分析表明，RHF误差约10–15%，UAV RHL为210±25 MW，Landsat为217±27 MW，置信区间重叠支持了两种独立估计的一致性。
**研究结论翻译**：
本研究首次利用高分辨率无人机评估了台湾北部大屯火山群大油坑火山口的地热热损失，并辅以Landsat热红外观测。研究人员利用UAV和卫星数据的地表温度，通过斯特藩-玻尔兹曼定律（Stefan-Boltzmann law）估算地热辐射热通量和地热辐射热损失，同时考虑了地表发射率、大气透过率和环境温度。地热热损失估计值（UAV数据为210 MW，Landsat数据为217 MW）高度一致，且与基于体积方法的先前地球化学估计在数量级上大致吻合。这些结果表明，Landsat热红外图像可有效评估区域尺度地热热损失，而UAV调查则提供增强的空间分辨率和局部热异常的详细制图。总体而言，本研究突出了UAV和卫星热红外观测在地热资源评估和火山监测中的互补价值，尤其是在出入受限或勘探机会有限的区域。
