热环境下的 Kīlauea 读数：FLIR T865如何将火山活动转化为可测量数据

脱气行为在预测爆发性转变方面同样重要。

在主要喷泉之前，二氧化硫 SO2 排放量通常会随着岩浆向表面上升而大幅增加，并且减压使溶解的硫物质从熔体中溶解。

在 Kilauea，使用紫外线光谱仪、扫描 DOAS 系统、MultiGAS 仪器和空气气体检测连续监测 SO2。

二氧化碳 CO2 排放也受到监控，因为 CO2 的溶解深度比含硫气体高，因此可以在浅层喷发开始之前深入了解更深的岩浆运动。

CO2/SO2比率是火山喷发周期中最重要的火山气体指标之一。

观察到的火山气体排放的循环行为反映了岩浆的渐进上升以及管道系统内的挥发物的相关分离。

在深岩浆再充填阶段，二氧化碳 CO2 排放量增加和 CO2/SO2 比率增加通常伴随相对适度的二氧化硫 SO2 输出和可测量的峰顶膨胀，表明更深、挥发性丰富的岩浆流入储层系统。

随着岩浆上升至较浅水平，SO2 通量迅速增加，而 CO2/SO2 比率下降，与加剧的火山震颤、飞溅活动以及通风室白化和熔岩溢出的发生同时发生。

FLIR T865红外成像平台配备可选f = 70 mm 6°红外长焦镜头，代表一种高分辨率远程辐射检测系统，能够支持工业、地热和火山学环境中的定量热研究。

该相机集成了一台 640 × 480 非制冷型微测辐射检测仪，像素间距为 12 μm，专为需要远距离热观测和辐射测量的应用精密热成像而设计。

可选的 6° × 4.5° 长焦镜头通过缩小视场范围并将探测器的瞬时视场 IFOV 集中到较小的目标区域，从而大幅提高长距离对焦距离的空间分辨率。

因此，窄场长焦配置代表了空间放大率和情境覆盖率之间的权衡。

随 T-865 平台提供的标准广角镜头可提供更广的热态势感知，适用于一般监控和近距离测量，而 70 mm 6° 镜头则针对远距离高分辨率热瞄准进行了优化。

该功能对于危险火山监测操作尤其有利，在这些操作中，需要安全对峙距离，以减少暴露于弹道射流、火山气体、不稳定地形和辐射热通量升高。

FLIR T865 与地震、气体通量测量、变形监测、红外观测、UAS 热测绘和卫星遥感等互补数据集集成后，配备 70 mm 长焦镜头的 FLIR T865 可对多学科火山危害评估、喷发表征、地热基础设施检测和远程热智能采集做出重大贡献。

SO2、CO2、H2S、火山灰和冷凝水滴的结合形成高度异质的光学介质。

通过这种羽流传播的红外辐射经历多种同时衰减机制，包括：

• 分子吸收
• 被气溶胶和灰烬颗粒散射
• 热梯度引起的折射
• 来自湍流对流的光束扩散
• 冷凝蒸汽部分遮挡

这些过程共同降低了辐射精度和图像清晰度。

随着烟道密度或路径长度的增加，检测到的热强度呈指数级下降。

在实际的火山学应用中，这些效应会产生几种重要的观测伪影：

• 熔岩温度明显降低
• 通风口几何形状模糊
• 热对比度降低
• 延迟自动对焦响应
• 热异常的空间失真
• 烟弹内的假热梯度
• 远距离丢失小尺度热细节

大气校正方法

湿度和蒸汽通常产生最大的整体降解，因为水蒸气是长波红外区域最强的吸收剂之一。

这些热带火山系统，如基拉韦厄，由于持久的水分、VOG产生和高动态对流羽流，通常存在特别具有挑战性的成像条件。

尽管存在这些局限性，但与适当的大气校正方法相结合时，辐射热成像在火山监测中仍然具有很高的价值。

旨在支持火山观测站的现代热分析工作流程应包含以下内容。

• 发射率校正
• 相对湿度补偿
• 大气传输建模
• 多距离校准目标
• 同时进行气体通量测量
• 风场分析
• 基于 UAS 的近距离热测量

这些校正技术有助于补偿烟雾引起的衰减，并提高在主动火山脱气事件中获得的定量热测量的可靠性。

T865 第 40 集拍摄的火山羽的热图像强调了火山高空环境的云层和大气热蒸汽通风动态。这种火山羽流是为本研究项目和相关现场工作的第二阶段设计的“快速通过”和“悬停”UAS测量的确切目标。

使用配备长焦辐射镜头的FLIR T865红外热像仪等远距离红外系统的连续辐射热成像技术为近乎实时地定量记录这些快速形态波动提供了一种有效方法。

理想的火山监测框架可共同利用多个组件。

对于这种操作熔岩流监控工作流程，科学家和安全官员利用多种经过验证的策略，结合相机设置、辐射校准、现场部署和数据解读。

T865 最好用作固定、可重复的辐射监测站，而不仅仅是手持相机。

其 640 × 480 红外探测器、7.5–14 μm 光谱范围、辐射记录功能和可选窄视场镜头使其非常适合记录主动熔岩余量、流动前推进、突破、熔岩管、地壳形成和喷泉后冷却模式。

辐射热数据集可测量通风壁温度、喷泉热强度、熔岩流传播、飞溅堆积、热突破发展和脱气路径的空间迁移，同时可与地震、变形、气体排放和红外监测数据集进行比较。

在黑暗、火山气体排放、灰烬或冷凝蒸汽造成的可见度有限的情况下，使用高分辨率热成像尤其有价值，因为传统的光学观测可能严重受损。

对于熔岩流跟踪，将相机放在一个稳定的三脚架上，在安全的地方俯瞰火山口地板或流场的清晰视图。

使用 6° 或 14° 镜头进行远距离流动前端和通风口，使用更宽的镜头进行更广泛的环境分析。

持续的十小时脉冲

当较低的喷泉仍然移动大量Lava时

为什么喷泉高度只是故事的一部分

北通风口和南通风口已通过重复循环演变成经典的夏威夷飞溅锥体：

• 气体丰富的熔岩喷射。
• 在通风口边缘周围沉积半熔融飞溅物。
• 锥壁焊接和增厚。
• 泄漏锥体部分的溢出事件。
• 在随后的喷泉事件中局部坍塌和重建。

由于自 2024 年 12 月以来，目前的喷发已经产生了数十起突发性喷泉事件，因此通风口形态正在数天至数周的时间范围内变化，而不是数年。

因此，锥体最好被视为不断发展的火山地形，而不是固定结构。

辐射热成像系统，包括配备 6° 长焦镜头的 FLIR T-865 等远程仪器，为持续监测通风口演化和爆发活动提供了额外功能。

热数据集可以揭示主动熔岩路径，识别局部锥壁不稳定，量化通风口几何形状的变化，并记录与岩浆迁移和脱气相关的热异常。

当与摄影测量和激光雷达衍生的地形模型相结合时，热观测为评估喷发系统的形态和热力演化提供了全面的框架。

热成像、UAS平台、地震阵列、气体监测、变形网络、大气传感、摄影测量、卫星遥感和AI辅助分析的集成，形成了全面的多参数火山观测框架。

这种方法在基拉韦厄和其他全球活跃的玄武岩火山系统的动态爆发活动期间显著提高了喷发意识、预测能力、危险缓解、科学理解和公共安全。

辐射成像在集成在多个观测平台上时显示出显著增强的有效性，从而为火山监测创建了全面和多尺度的热智能框架。

地面相机系统提供持续的长期监控，而无人机系统 UAS 平台可以近距离访问火山柱和火山口环境，否则这些环境可能无法进入或危险。

同时，Landsat 8和Sentinel 2等卫星系统有助于检测和监测区域尺度的热异常。

这些平台的集成使本地化精度、持续监控和全局上下文分析能够在统一的监控框架内相结合。

此外，辐射数据集特别适用于机器学习和预测建模应用。

首先，我想肯定地感谢 Rickard Lindvall 先生和 Hans Skutberg 先生一直以来在瑞士得到 Teledyne FLIR 的支持。

如果没有这些项目，他们就会协调一致地支持研究设计的现场工作能力，那么该项目根本不可能实现。

Teledyne FLIR 驱动的管理团队将创造力运用到可行的科学解决方案中，利用新兴技术解决当今现实世界的问题，因此我们环境的各种动态方面可以更轻松地进行研究和理解。

在基拉韦厄火山喷发中使用FLIR T-865是最有洞察力的设备之一，哈威火山国家公园管理团队和安全官员使用所得数据来持续进行公共安全和危险缓解响应。

此外，我想向夏威夷火山国家公园的现场工作研究协调员 Sierra McDaniel 表示衷心的感谢，感谢她在持续的基拉韦厄火山喷发周期和 2025 年美国政府关闭期间对国家公园领土内发生的许多研究团队和项目的奉献和决心。

我一如既往地感谢火山学家和大气科学家对这些跨学科文章的中立观点，因为 OVSICORI-UNA 和 LAQAT-UNA 对实地考察活动期间收集的数据的科学解读非常宝贵。

这篇文章是来自不同科技专业人员的协调集体努力的结果，正是协同性能利用了人们的热情，并带来了我们所有人必须相互提供的最佳表现。