日本西之島噴發過程

2013年出現的日本西之島持續噴發了2年之後,島嶼面積從0.29平方公里成長到2.6平方公里。但隨著火山活動頻率下降,島嶼成長的幅度也跟著趨緩。到了2020年的6月左右,西之島又開始頻繁的噴發。

儘管目前氣象衛星的資料解析度並不足以觀測島嶼大小的變化,但是「火山活動所噴發的火山灰與二氧化硫」,仍然可以藉助日本向日葵8號衛星的特殊頻道進行偵測,且同步衛星每10分鐘一次的高觀測頻率,對於觀察與監控整個火山爆發的過程,是十分強大的利器。

向日葵8號擁有專為偵測二氧化硫所設計的特殊波段,但是單一波段所呈現出的灰階圖並不容易研判火山灰的分布,往往需要與其他波段進行比較才能做出判定,且判斷時容易受到低雲等其他氣象特徵的干擾,費時費力。

RGB色彩合成圖不同於一般的灰階或色調強化衛星雲圖,這種雲圖將不同衛星頻道所觀測到的能量多寡,分別以RGB三原色的方式來呈現,能幫助我們快速捕捉到特定的大氣組成,減少分析時間,對於講究時效性的天氣分析十分重要。

我們可以利用Ash RGB合成圖追蹤西之島火山噴發物的動向,使用的頻道分別是傳統的紅外線第一頻道(10.5微米)、紅外線第二頻道(12.4微米),以及新一代氣象衛星才具備的二氧化硫頻道(8.6微米):

  • 紅色:12.4微米-10.5微米
  • 綠色:10.5微米-8.6微米
  • 藍色:10.5微米
這是本篇文章使用Ash RGB的雲圖範圍。西之島位於日本東京南方約1000公里左右,東經140.787,北緯27.248。

西之島火山在2020年6月份開始頻繁的噴發,本篇文章紀錄7月底至8月初完整的噴發過程,使用的資料為日本向日葵8號衛星。首先是台灣時間7月30日凌晨4時,西之島火山口開始釋放出富含二氧化硫的火山氣體,是準備噴發的前兆。

台灣時間7月30日中午8點的Ash RGB色彩合成圖。青綠色部分為富含二氧化硫的氣體。

從Ash RGB合成圖中,我們希望偵測的目標有兩種:「火山灰」以及「火山氣體」,其中火山氣體在Ash RGB合成圖呈現出顯著的青綠色。圖中可以看到西之島在7月30日清晨6點左右,附近的區域呈現青綠色,表示周圍的大氣已經充斥著一定濃度的二氧化硫,足以被氣象衛星偵測出來。

台灣時間7月30日中午12點的Ash RGB色彩合成圖。爆發區中央粉紅色區域的主成分是火山灰,外圍綠色區域則為二氧化硫氣體。

時間到了中午12點,由於火山爆發使得大量的火山灰被送到大氣中。火山灰的輻射特性能讓它在Ash RGB產品中呈現非常鮮豔的粉紅色,所以一旦西之島火山開始爆發並釋放出大量的火山灰,Ash RGB合成圖便可以看捕捉到明顯的訊號。順帶一題,沙塵暴也有相同的輻射特性,同樣會顯示粉紅色,因此要斷定是否火山灰或沙塵暴,需要先瞭解當地的地理背景,以免出現誤判。

噴發的同時,我們可以看到粉紅色的火山灰外緣有綠色的訊號,這些是原本聚集在周圍二氧化硫氣體,被爆發氣流向外推送的結果。火山灰與火山氣體,兩種都源自火山噴發的物質,卻在Ash RGB合成圖中呈現完全不同的色彩,這個特性將有利於我們區辨空氣塊的組成是以「灰塵」為主,還是以「二氧化硫」為主。這也是Ash RGB合成圖的優勢所在。

台灣時間7月31日中午8點的Ash RGB色彩合成圖。

雲圖的時間是7月31日台灣時間中午12點整,西之島持續性地釋放大量火山灰,噴發出來的物質受到北風的吹拂,使得煙塵往南方擴散,此時的北風風速並不大,因此粉紅色區塊呈現著比較鈍的錐形,並得以累積在南方的大氣之中。除了顯著的粉紅色區塊之外,我們在更南方的位置可以發現比較不明顯的粉紅區塊,這是爆發前期所殘留下來的火山灰,但是因為受到氣流攪動的關係,濃度變的比較低。

台灣時間8月1日上午8點的Ash RGB色彩合成圖。

到了8月1日的上午8點,這段時間所噴發出來的火山灰繼續在大氣中傳送,並隨著風場向南擴散,由於前一天夜間西之島的噴發強度有短暫的降低,加上有對流雲系的生成形成擾動,使得大氣中的火山灰被劃分為數個不連續的區域,不過整體而言,南方大氣仍然存在一定濃度的火山灰。此時西之島仍然持續地對大氣釋放火山灰。

台灣時間8月2日上午8點的Ash RGB色彩合成圖。

8月2日開始風向開始轉為西北風,火山煙塵的方向也跟著變動,此時原本在南方累積火山灰的區域,開始長出對流系統,可以預期這些火山灰將會被對流系統攪動,並且讓一部份的火山灰將沉降到海面上。在Ash RGB合成圖中,不同厚度的雲層也具備不同的顏色特徵,例如深厚的雲層呈現的是綠色,而冰晶所組成的雲則顯示出深藍色,至於淺藍色的區域一般為無雲區。

台灣時間8月11日下午2點的真實色影像雲圖。

西之島噴發期間在周圍大氣累積的許多火山灰,這些懸浮微粒增強了太陽短波的散射現象,使得真實色影像中呈現出明顯的灰色,看起來就像是海面上被蓋上了一層灰白色的塵霾。而在8月11日前後,有一個熱帶氣旋恰巧經過了這個區域,將大氣中的氣溶膠吸入氣旋系統,而火山灰地呈現出熱帶氣旋螺旋狀氣流,就像讓熱帶氣旋吃了顯影劑一樣,讓周圍的氣流變的更加明顯,是相當難得且有趣的影像。

參考資料

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