2023 年 8 月更新的斯特龙博利岛高分辨率数字表面模型：揭示火山地貌演变与灾害评估新视角

《Scientific Data》：Lidar-derived digital surface model of Stromboli island updated to August 2023

为解决斯特龙博利岛火山活动导致地貌变化监测及灾害评估缺乏最新地形数据的问题，研究人员开展了更新该岛数字表面模型（DSM）的研究。通过机载激光雷达（LiDAR）测量，得到了空间分辨率 50 cm 的 DSM，为多方面研究提供关键数据。

　　斯特龙博利岛，这座位于意大利南部第勒尼安海的火山岛，如同一位神秘的 “地质艺术家”，时刻都在塑造着独特的地貌景观。它是埃奥利群岛最北端的火山，虽然陆地面积仅约 12.58 平方公里，却蕴含着巨大的能量。火山活动在其山顶区域和火之谷（Sciara del Fuoco）频繁上演，普通的斯特龙博利式喷发每小时可达 5 - 30 次，时不时还会出现持续数十秒到几分钟的强烈喷发，如 2019 年的两次大喷发，不仅改变了火山口台地的形态，还引发了一系列次生灾害，像火山碎屑流、小型海啸和野火等。

在火山研究的领域中，准确且及时更新的地形数据是至关重要的 “钥匙”。然而，此前该岛的高分辨率表面模型还停留在 2012 年，之后的火山活动使得岛上地貌发生了显著变化。为了深入了解这些变化，意大利国家地球物理与火山学研究所（Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia）等机构的研究人员，展开了一场与时间赛跑的研究。他们旨在更新斯特龙博利岛的数字表面模型（Digital Surface Model，DSM），为火山地貌演变分析和灾害评估提供有力的数据支持。

最终，研究人员成功更新了斯特龙博利岛的 DSM 至 2023 年 8 月 4 日。这一成果意义非凡，它不仅能用于多时期的地貌和火山学分析，还能为灾害评估研究提供关键数据，有助于人们更好地预测火山灾害，保护岛上居民的生命和财产安全。该研究成果发表在《Scientific Data》上。

研究人员采用了多种技术方法。首先是机载激光雷达（LiDAR）技术，于 2023 年 8 月 4 日，利用搭载特定传感器的 Piper PA 31 飞机，在 2500 米的平均高度对全岛进行扫描，获取了超过 1.09×10⁸个三维点。然后通过专门的软件和算法，对采集的数据进行处理，包括坐标转换、滤波、分类和插值等操作，构建出不规则三角网（TIN）并转化为 50 cm 空间分辨率的栅格模型，即 DSM。同时，利用全球导航卫星系统 - 实时动态（GNSS - RTK）测量获取地面控制点（GCPs），用于验证 DSM 的准确性。

在数据记录方面，该研究得到的数字表面模型以 50 cm 的空间分辨率呈现，存储在 GeoTIFF 文件格式中，地理编码为 WGS 84（ETRF2000）UTM N33 坐标系，存于指定的存储库，并在 CC BY 4.0 使用许可下共享。

技术验证环节，研究人员使用了 41 个地面控制点（GCPs），这些点通过两次 GNSS - RTK 野外测量活动获取，同时还参考了 GNSS 监测网络中的永久站数据。通过比较 DSM 中对应点的高程（Z_L）和野外测量的 GCP 高程（Z_GPS），计算出残差。最终得到 DSM 的垂直精度为 8 cm，这一结果与 LiDAR 传感器的仪器垂直误差（±5 cm）相符。而且，90% 的 GCPs 残差小于总误差，进一步证实了 DSM 的高质量。

从研究结果来看，更新后的 DSM 详细展示了斯特龙博利岛的地形地貌。植被和人为特征覆盖了全岛 29% 的区域，除了火之谷所在的西部区域。植被在不同区域的分布高度不同，西部和北部可达 500 米海拔，南部则延伸至 750 米海拔。人为区域大多位于海拔 100 米以下的村庄。而火山山顶、火之谷以及东部海拔较高的区域主要为裸地，这些区域频繁受到火山活动的影响。

聚焦山顶区域，对比 2012 年的模型，2023 年的 DSM 显示出显著的形态变化。两个火山口区域（北部和南部）都有明显扩大，尤其是南部火山口。火山口内火山锥不断形成和拆除，两个火山口之间还积累了约 30 米厚的火山碎屑产物（主要是火山灰和火山砾）。

综上所述，此次研究更新的斯特龙博利岛数字表面模型，为火山研究提供了高精度、最新的地形数据。通过详细的地形分析，揭示了火山活动对地貌的影响，有助于深入理解火山的演变过程。其在灾害评估方面的应用潜力，也为当地的灾害预防和应对策略制定提供了科学依据，具有重要的科学和实际意义。