多平台卫星遥感数据揭示2025年埃特纳火山喷发动力学特征

本研究通过整合SEVIRI、FCI、VIIRS等多源卫星数据，首次利用第三代Meteosat卫星的中红外观测能力，实现了对2025年埃特纳火山喷发全过程的高精度监测。研究人员开发了CL-HOTSAT系统量化熔岩流量(TADR)，结合Pleiades DSM差异分析获得火山沉积物厚度，并创新性采用Google Earth Engine聚类算法解析TROPOMI SO2排放。研究为理解岩浆供给-喷发输出关系提供了关键数据支撑，建立的5米分辨率数字地表模型(DSM)将成为未来灾害评估的重要基准。

　　

火山喷发作为地球系统最剧烈的能量释放过程之一，其监测预警始终是地质学界的重要挑战。传统地面观测受限于视野范围和极端环境风险，难以全面捕捉喷发动态。2025年2月，意大利埃特纳火山再次苏醒，这次喷发因首次纳入第三代Meteosat卫星(FCI传感器)的中红外数据而具有里程碑意义。来自意大利国家地球物理与火山学研究所(INGV-OE)的Ganci团队在《Scientific Data》发表的这项研究，开创性地整合了7类卫星平台的11种数据产品，构建了从岩浆喷发动力学到地表形态演化的全链条监测体系。

研究团队采用四大关键技术：1) 基于CL-HOTSAT系统处理SEVIRI/FCI/MODIS/VIIRS热红外数据，通过中红外-热红外波段差异法计算时间平均排放率(TADR)；2) 利用MicMac软件处理Pleiades三视影像，生成5米分辨率数字地表模型(DSM)，通过差分分析获取火山沉积物厚度；3) 采用Skysat(0.5米)与PlanetScope(3米)影像进行半自动阈值分割，追踪熔岩流扩展；4) 在Google Earth Engine平台开发新型聚类算法，从TROPOMI数据提取SO₂质量通量。

主要研究结果

时间平均排放率与喷发体积

四类传感器数据显示TADR在2月16日出现首个峰值(最高35 m³/s)，2月20-26日出现二次活跃期。累计喷发体积达5.37±0.8×10⁶ m³，与DSM差分法结果(5.05±0.9×10⁶ m³)误差仅6%，验证了卫星热辐射模型的可靠性。

数字地表模型与火山沉积物

通过2023年12月与2025年3月Pleiades DSM差异分析，发现熔岩流最大厚度达28米，主要分布于博卡新火口(BN)西南侧。新生成的5米DSM显示火山口区出现直径150米的塌陷坑，垂直精度经GPS验证达±1.61米。

熔岩流扩展过程

Skysat影像捕捉到熔岩流在雪面上的快速推进：2月11日延伸至2150米海拔(面积0.16 km²)，2月16日达1860米(0.41 km²)，最终于3月2日形成0.94 km²的熔岩场。雪熔互作用引发多次蒸汽爆炸，产生长达50米的炽热碎屑喷射。

二氧化硫排放特征

TROPOMI数据显示SO₂排放与TADR呈正相关，2月20日峰值达12.4 kton/day。新型SNIC-kmeans聚类算法有效消除了大气噪声干扰，使低浓度SO₂(<0.0124 ton)检测成为可能。

这项研究标志着卫星火山学进入多平台协同新时代。第三代Meteosat的10分钟分辨率数据首次揭示了埃特纳火山岩浆房补给与喷发的短周期波动特征。建立的5米DSM为后续灾害模拟提供了精确地形基底，而开发的自动化处理流程(如CL-HOTSAT系统)已推广至全球12座活火山监测。研究证实中红外遥感与SO₂质量通量的联合分析可有效预判喷发转型，为国际火山预警系统(VALVE)提供了新的量化指标。