《Journal of South American Earth Sciences》：Forecasting onset and termination of volcanic eruptions: A case study Popocatépetl volcano, Mexico
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摘要预测持续活跃层状火山中长期喷发的起止始终是火山灾害评估面临的一项根本性挑战。本研究针对墨西哥波波卡特佩特火山（Popocatépetl），通过结合更新后的千年尺度喷发编目与静息期及喷发持续时间的更新过程建模来应对这一问题。通过显式处理历史不确定性、编目截尾以及喷发起止的物
摘要
预测持续活跃层状火山中长期喷发的起止始终是火山灾害评估面临的一项根本性挑战。本研究针对墨西哥波波卡特佩特火山（Popocatépetl），通过结合更新后的千年尺度喷发编目与静息期及喷发持续时间的更新过程建模来应对这一问题。通过显式处理历史不确定性、编目截尾以及喷发起止的物理定义，重建了一段均一化的喷发事件序列（1345–1994年）。独立性与平稳性检验表明，静息期序列中不存在显著的序列依赖性，亦无明显偏离平稳性的证据；我们采用统一的生存风险框架，分别使用指数分布、威布尔分布、对数正态分布和对数逻辑分布对该序列进行建模。尽管对数正态分布的赤池信息准则（AIC）值最低，指数模型在统计上同样具有竞争力，且其95%分位数重现期估计与观测到的1927–1994年静息间隔高度吻合。为探究喷发持续性，我们采用两种分组策略重建了喷发持续时间，这两种策略分别反映了文献的碎片化特征和基于灾害的特征时间尺度。所得数据集揭示了双重时间结构：一组短期（2–44年）喷发群组，其终止时限高度集中（t95 ≈ 32–36年）；另一组长期（7–82年）喷发群组，其终止时限可达数十年至数百年（t95 ≈ 89–136年）。综合这两种重建结果，针对自1994年至今的持续喷发，得出了两种截然不同的终止时限：在短期重建下约为2026–2030年，在长期重建下约为2083–2130年。
引言
随着人类不断向火山周边地区扩张并面临高暴露风险，火山喷发相关的风险也在持续增加。即使是中等规模的喷发，也会对周边社区的社会、经济和环境动态造成显著干扰（Mani et al., 2021）。在此背景下，预测火山喷发的起始时间和持续时间已成为现代火山学的核心优先事项，这不仅是一项科学挑战，也涉及火山风险管理的重要意义。
在此后的数十年间，理论框架不断演进，将经典模型的简洁性与能够捕捉喷发状态转换的复合分布相结合。这体现在使用指数混合分布来表示在爆炸式和溢流式阶段之间交替的火山（Mendoza-Rosas & De la Cruz-Reyna, 2009）。具体而言，此类模型在波波卡特佩特火山上的应用取得了显著成果。一项利用指数分布进行的回顾性研究表明，20世纪末将可能发生重新活动，与1994年喷发的实际起始时间仅相差数年（Delgado-Granados et al., 1988）。
近年来，提出了更为通用和计算稳健的方法用于长期火山灾害评估，包括应用于意大利火山的更新模型（Mulargia et al., 1985; Sandri et al., 2021; Garcia-Aristizabal et al., 2012），以及贝叶斯事件树和层次框架（Garcia-Aristizabal et al., 2013）。然而，尽管取得了这些进展，仍存在相当大的不确定性，而且在许多情况下，现代方法并不比更简单的模型更优，特别是在受限于有限的历史喷发数据时。
本研究通过纳入扩展的历史喷发记录，并对基础模型进行重新评估，比较其与较新方法的表现。分析围绕两个互补的应用展开：(i) 对1994年喷发起始的预测进行回顾性模拟；以及(ii) 评估当前持续喷发（1994年至今）终止的概率。我们并非引入新的模型，而是旨在证明，具有更新数据支持的概念上简单的工具，可以为火山监测和规划提供具有竞争力的结果。我们承认这些方法的局限性：它们依赖于往往不精确的或从原住民语言翻译的历史资料，且未纳入地球物理、地球化学或岩石学数据。尽管如此，它们仍是极具价值的长期评估工具，特别是在喷发历史可能是唯一可用推理来源的情况下。
我们认为，对于历史记录较为完善的火山，开展此类预测研究具有必要性，以便预防可能发生的扰动日期，使民防官员能够在喷发之前做好准备。另一方面，对于正在进行的喷发，喷发活动终止时间的估计有助于规划投资。然而，尽管后者是管理在长期喷发中消耗的人力资源方面的有用工具，决策者可能会据此减少对监测网络的投资责任。因此，应当审慎看待这一工具。
章节摘录
喷发预测
当更新过程思想被引入火山学后，火山活动的概率论视角得以确立，改变了人们对喷发随时间重现的理解方式。最早的模型将静息期视为无记忆随机过程（Wickman, 1966），为描述喷发的时间发生提供了一个初步的定量框架。随后引入了包含时变瞬时速率——即风险率λ(t)——的方案，其定义为
波波卡特佩特火山的喷发记录
波波卡特佩特火山是横贯墨西哥火山带（TMVB）中最活跃、最具代表性的层状火山之一。它位于墨西哥中部海拔5452米处，处于普埃布拉州、墨西哥州和莫雷洛斯州三州交界处，属于科科斯板块和里维拉板块在北美板块之下斜向俯冲所形成的墨西哥大陆弧（Delgado-Granados, 1993; Pardo and Suárez, 1995）。这一构造背景以钙碱性岩浆活动和复杂的板片
数据与喷发定义
在本分析中，喷发和静息期的定义基于所汇编的年表，采用一致的判据标准（表1）。对于时间建模而言，每次喷发由两个操作性定义的时点来刻画：起始和终止。起始被定义为喷发活动首次可观测且有文献记载的地表表现，标志着从静息状态向喷发状态的转变。相应地，起始日期被赋予首次有记录的
结果
更新过程分析揭示了喷发重现期和持续时间中不同的时间模式，以下进行总结。
讨论
波波卡特佩特火山的喷发历史跨越六个多世纪，其静息间隔和喷发持续时间均表现出显著的时间变异性。在本研究采用的更新过程框架下，重建的记录呈现出两种截然不同的持续时间模式：短期重建模式深受历史记录的碎片化和有限的时间分辨率的影响；长期重建模式则源自67年统计分组
结论
本研究通过更新后的千年尺度编目，并对静息期和喷发持续时间统一应用更新过程框架，重新评估了波波卡特佩特火山的长期喷发行为。通过对历史记录进行均一化处理、显式处理右截尾以及定义具有物理意义的起止时间，我们获得了一个统计上稳健的28个静息期序列和两个重建的喷发持续时间数据集。在此框架下，
作者贡献声明
Hugo Delgado-Granados：撰写——审阅与编辑，监督，方法论，调查研究，概念化。Andrés González Ortega：形式分析，数据整理。Daniela Hernández Villamizar：撰写——初稿，方法论，调查研究，形式分析，数据整理
未引用参考文献
Casanova Becerra et al., 1978; De la Cruz-Reyna, 2001; García-Aristizábal et al., 2013; López-Loera et al., 2022; Murillo and Atl, 1940; Torres-Alvarado et al., 2011.
利益冲突声明
? 作者声明，不存在可能影响本文工作结果的已知竞争性经济利益关系或个人关系。
8. 致谢
作者感谢所有直接或间接通过讨论、建议以及对稿件初稿的批评性阅读为本研究作出贡献的人士。我们感谢地球科学联合图书馆（Biblioteca Conjunta de Ciencias de la Tierra，BCCT）的支持，特别是Saúl Armendáriz Sánchez先生和Perla Sosa Zaragoza女士，他们帮助获取了若干文献资料，其中一些难以获得。
本研究依赖于历史资料和仪器
Daniela Hernández Villamizar|Andrés González Ortega|Hugo Delgado-Granados
墨西哥国立自治大学地球物理研究所，墨西哥城科约阿坎，邮编04510，墨西哥
