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火山警報系統如何偵測地殼不穩定並警告社區
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重點
火山警報系統將來自地震儀、GPS測站、氣體感測器和網路攝影機的數據轉換為簡單的警報級別,告知公眾和航空部門火山目前的危險程度。USGS和日本氣象廳等機構使用不同的等級制度,但兩者都將上升的儀器讀數與特定級別和行動相關聯,最近2026年基拉韋亞火山和十勝岳的級別提升情況就是證明。
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僅在2026年,美國地質調查局(USGS)在岩漿噴泉事件前將基拉韋亞火山的警報級別從建議級(Advisory)提升至監測級(Watch),日本氣象廳(JMA)在火山地震增加後將位於北海道的十勝岳提升至3級。兩個案例都依賴同一個基本概念:持續的儀器數據供應給分層警報系統,告知官員和居民火山目前正在做什麼,以及應該如何應對。
數據背後的儀器
根據USGS的說法,計畫中的國家火山預警系統(NVEWS)依賴寬頻地震儀組合來追蹤地震、連續GPS接收器以偵測岩漿移動時的地面變形、實時氣體感測器測量排放、次聲陣列捕捉火山活動的低頻聲音、流媒體網路攝影機和衛星遙感。監測網絡將傳入的讀數與火山已知的背景行為進行比較,以發現偏離正常情況。
將讀數轉換為警報級別
USGS使用兩部分量表。針對地面上的人們,四個分級術語——正常(Normal)、建議(Advisory)、監測(Watch)和警告(Warning)——描述不斷升級的不穩定或火山爆發危害,其中警告意味著危險的火山爆發迫在眉睫、正在進行或被懷疑。平行的航空色碼(綠色、黃色、橙色、紅色)告知飛行員和航空公司火山構成的火山灰風險有多大,因為火山灰可能會禁用噴氣發動機。五個地區性美國火山觀測站發佈這些級別,在顏色改變時發佈地面危害的火山活動通知和航空用火山觀測台通知。
根據維基百科關於美國火山警報計畫的條目,這個統一的四級系統自2006年10月以來一直在使用,取代了之前在阿拉斯加州、喀斯喀特山脈和加州長山谷地區使用不同術語和編號的三個獨立地區計畫。這種不一致以前為在地區間工作的應急人員造成了混亂。
基拉韋亞的升級說明了該過程:夏威夷火山觀測站在地球物理數據和網路攝影機鏡頭顯示小型熔岩濺射後,將火山從建議級(Advisory)提升至監測級(Watch),其航空代碼從黃色提升至橙色,表明在預期的岩漿噴泉事件前岩漿已接近表面。
日本的五級量表
並非每個國家都使用美國模式。日本氣象廳採用與特定目標區域和建議行動相聯繫的五級火山警報級別(VAL)系統。根據JMA自己的描述,2級在火山口周圍區域觸發警告,3級將其擴展到火山口附近的非居住區,4級和5級對居住區帶來警告,分別意味著脆弱人口撤離或全面撤離。
在2026年9月12日當地時間上午9點30分,在8月17日以來較大幅度火山地震上升的報告之後,JMA將位於北海道的十勝岳從2級提升至3級,最強的地震在同一天上午被記錄。該變化關閉了登山步道和十勝岳天線道路,關閉了附近的溫泉設施,包括福岳溫泉,並在火山口周圍建立了大約三公里的危害區;地方當局強調該警報不構成對附近富良野或美瑛城鎮中心的一般疏散令。
| 系統 | 級別 | 最低級別 | 最高級別 | 發佈者 |
|---|---|---|---|---|
| USGS(地面危害) | 4 | 正常 | 警告 | 美國火山觀測站(USGS) |
| USGS(航空) | 4 | 綠色 | 紅色 | 美國火山觀測站(USGS) |
| 日本氣象廳(VAL) | 5 | 1級 | 5級 | 日本氣象廳 |
彌補監測空缺
即使在資源充足的國家內,覆蓋範圍也不均勻。USGS表示其2018年國家火山威脅評估將18座美國火山列為極高威脅,39座列為高威脅,但發現該國大約三分之二的活火山,包括中等至極高類別中的大多數,監測不足。NVEWS獲得國會2019年授權,旨在將儀器提升到與每個火山威脅等級相匹配的水平,並通過共用數據中心和24/7監控辦公室連接五個美國觀測站。
一種較新的偵測方法可能有助於缺乏密集儀器網絡的火山。來自巴黎地球物理學研究所和GFZ亥姆霍茲地球科學中心的研究人員,由François Beauducel和Philippe Jousset領導,開發了一種稱為「Jerk」的技術,使用單個寬頻地震儀來發現與火山爆發前岩漿驅動的岩石斷裂相關的納米級地面運動瞬變。自2014年4月以來在留尼汪島的Piton de la Fournaise火山進行了測試,該方法正確標記了2014年至2023年間24次火山爆發中的92%,警告時間範圍從幾分鐘到8.5小時,儘管約14%的警報是假正樣,因為偵測到的岩漿侵入從未到達表面。
根據開發人員的說法,由於Jerk方法只需要一個儀器而不是完整的地震儀、GPS測站和氣體感測器網絡,該方法被提議作為當前監測計畫尚未涵蓋的其他地方火山的較低成本預警選項。
級別對居民的意義
在基拉韋亞和十勝岳兩個案例中,警報變化本身觸發了具體的、預先定義的行動,而不是對何時會發生火山爆發的一般預測:夏威夷的航空改路指南,以及北海道的登山步道關閉、道路閘門關閉和設施關閉。特定警報級別與特定、排練過的反應之間的這種聯繫是這些系統設計用來服務的核心功能。
常見問題
- 什麼是火山警報級別?
- 這是一個分級狀態——例如USGS術語中的正常、建議、監測和警告,或日本的1級至5級等級——總結火山的當前監測數據,告知官員和居民建議採取什麼行動。
- USGS使用多少個警報級別?
- USGS使用四個地面危害術語(正常、建議、監測、警告)和一個平行的四色航空色碼(綠色、黃色、橙色、紅色)來表示對飛機的火山灰危害。
- 是什麼導致基拉韋亞火山2026年警報級別上升?
- 夏威夷火山觀測站引用了地球物理數據和網路攝影機觀察到的小型熔岩濺射,顯示岩漿接近表面,在預期的岩漿噴泉事件之前,將火山從建議級提升至監測級。
- 日本的火山警報系統與美國系統有何不同?
- 日本氣象廳使用五個編號級別,與特定目標區域相聯繫,2級警告火山口附近區域,3級擴展到非居住區,4級至5級覆蓋居住區,而USGS則使用四個命名級別。
- 新的「Jerk」火山偵測方法是什麼?
- 這是由IPGP和GFZ研究人員開發的一種技術,使用單個寬頻地震儀來偵測來自岩漿運動的微小地面運動信號,在Piton de la Fournaise火山上的測試中,該方法標記了2014年至2023年間92%的火山爆發,警告時間為幾分鐘至8.5小時。
來源
- USGS — Volcano Alert Level System
- USGS — National Volcano Early Warning System (NVEWS)
- Phys.org — 'Jerk' volcano early warning method uses single seismometer
- Wikipedia — Volcano warning schemes of the United States
- Japan Meteorological Agency — Volcanic Warnings and Volcanic Alert Levels
- Big Island Now — Alert level raised at Kīlauea as eruptive episode is imminent
- RUS Tourism News — Japan raises Hokkaido volcano alert to Level 3 as hiking routes close
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