ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11. №1. С. 267-284

Возможности использования данных гиперспектральных спутниковых наблюдений для изучения активности вулканов Камчатки с помощью геопортала VolSatView

Е.И. Гордеев1 , О.А. Гирина1 , Е.А. Лупян2 , В.Ю. Ефремов2  , А.А. Сорокин3 , Д.В. Мельников1 , А.Г. Маневич1 , И.М. Романова1 , С.П. Королев3 , Л.С. Крамарева4 
1 Институт вулканологии и сейсмологии Дальневосточного отделения РАН, Петропавловск-Камчатский, Россия
2 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
3 Вычислительный центр Дальневосточного отделения РАН, Хабаровск, Россия
4 Дальневосточный центр НИЦ «Планета», Хабаровск, Россия
На Камчатке ежегодно происходят сильные эксплозивные извержения с выбросом пеплов на 8-15 км над уровнем моря, которые представляют реальную угрозу для современной реактивной авиации. Для снижения опасности столкновения самолетов с пепловыми облаками в северной части Тихоокеанского региона, группа KVERT ИВиС ДВО РАН проводит ежедневный спутниковый мониторинг камчатских вулканов. В 2011 году специалистами ИВиС ДВО РАН, ИКИ РАН, ВЦ ДВО РАН и ДЦ НИЦ "Планета" был создан и введен в опытную эксплуатацию информационный сервис "Мониторинг активности вулканов Камчатки и Курил" (VolSatView), позволяющий работать с различными спутниковыми данными, в том числе и гиперспектральными, а также метео- и наземной информацией, для обеспечения вулканологам возможности непрерывного мониторинга и исследования вулканической активности Камчатки и Курил. В работе приводятся примеры использования в VolSatView данных гиперспектральных спутниковых наблюдений для анализа различных вулканических процессов.
Ключевые слова: вулканы Камчатки и Курил, активность вулканов, вулканогенные продукты, гиперспектральные спутниковые данные, системы мониторинга, информационная система
Полный текст

Список литературы:

  1. Андреев М.В., Ефремов В.Ю., Лупян Е.А., Мазуров А.А., Наглин Ю.Ф., Прошин А.А., Флитман Е.В. Построение интерфейсов для организации работы с архивами спутниковых данных удаленных пользователей // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2004. Выпуск 1. С. 514–520.
  2. Балашов И.В., Халикова О.А., Бурцев М.А., Лупян Е.А., Матвеев А.М. Организация автоматического получения наборов информационных продуктов из центров архивации и распространения спутниковых и метеоданных // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013. Т. 10. № 3. С. 9–20.
  3. Гирина О.А. О предвестнике извержений вулканов Камчатки, основанном на данных спутникового мониторинга // Вулканология и сейсмология. 2012. № 3. С. 14–22.
  4. Гирина О.А., Гордеев Е.И. Проект KVERT – снижение вулканической опасности для авиации при эксплозивных извержениях вулканов Камчатки и Северных Курил // Вестник ДВО РАН. 2007. № 2 (132). С. 100–109.
  5. Гирина О.А., Ушаков С.В., Малик Н.А., Маневич А.Г., Мельников Д.В., Нуждаев А.А., Демянчук Ю.В., Котенко Л.В. Действующие вулканы Камчатки и о. Парамушир Северных Курил в 2007 г. // Вулканология и сейсмология. 2009. № 1. С. 3–20.
  6. Горюнова В.Н. Инновационный подход к комплексной тематической обработке материалов ДЗЗ // Научно-техническая конференция «Гиперспектральные приборы и технологии» (17–18 января 2013 г.). http://zenit-foto.ru/images/phocagallery/kmz/akademiya_kontenant/ konferencii/gsa/sekciya_4_5_part1/Goryunova.pdf.
  7. Егоров В.А., Ильин В.О., Лупян Е.А., Мазуров А.А., Флитман Е.В. Возможности построения автоматизированных систем обработки спутниковых данных на основе программного комплекса XV_SAT // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2004. Выпуск 1. С. 431–436.
  8. Еремеев В.А., Мордвинцев И.Н., Платонов Н.Г. Современные гиперспектральные сенсоры и методы обработки гиперспектральных данных // Исследование Земли из космоса. 2003. № 6. С. 80–90.
  9. Ефремов В.Ю., Гирина О.А., Крамарева Л.С., Лупян Е.А., Маневич А.Г., Матвеев А.М., Мельников Д.В., Прошин А.А., Сорокин А.А., Флитман Е.В. Создание информационного сервиса "Дистанционный мониторинг активности вулканов Камчатки и Курил" // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2012. Т. 9. № 5. С. 155–170.
  10. Ефремов В.Ю., Лупян Е.А., Мазуров А.А., Прошин А.А., Флитман Е.В. Технология построения автоматизированных систем хранения спутниковых данных // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2004. Выпуск 1. С. 437–443.
  11. Кондранин Т.В., Козодеров В.В., Дмитриев Е.В., Егоров В.Д., Борзяк В.В., Николенко А.А. Автоматизация обработки данных самолетного гиперспектрального зондирования // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2012. Т. 9. № 5. С. 312–319.
  12. Лупян E.A., Мазуров A.A., Назиров Р.Р., Прошин А.А., Флитман Е.В. Технология построения автоматизированных информационных систем сбора, обработки, хранения и распространения спутниковых данных для решения научных и прикладных задач. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2004. Выпуск 1. С. 81–88.
  13. Лупян E.A., Мазуров A.A., Назиров Р.Р., Прошин А.А., Флитман Е.В., Крашенинникова Ю.С. Технологии построения информационных систем дистанционного мониторинга // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011. Т. 8. № 1. С. 26–43.
  14. Морозов С.А. Гиперспектральная аппаратура для космического аппарата «Ресурс-П»: направления модернизации и перспективы развития // Научно-техническая конференция «Гиперспектральные приборы и технологии» (17–18 января 2013 г.). http://zenit-foto.ru/images/phocagallery/kmz/akademiya_kontenant/konferencii/ gsa/sekciya_1_part2/Morozov_1.pdf.
  15. Романова И.М. Геопортал ИВиС ДВО РАН как единая точка доступа к вулканологическим и сейсмологическим данным // Геоинформатика. 2013. № 1. С. 46–54.
  16. Романова И.М., Гирина О.А., Максимов А.П., Мелекесцев И.В. Создание комплексной информационной веб-системы «Вулканы Курило-Камчатской островной дуги» (VOKKIA) // Информатика и системы управления. 2012. № 3. Выпуск 33. С. 179–187. http://ics.khstu.ru/media/2012/N33_19.pdf.
  17. Толпин В.А., Балашов И.В., Ефремов В.Ю., Лупян Е.А., Прошин А.А., Уваров И.А., Флитман Е.В. Создание интерфейсов для работы с данными современных систем дистанционного мониторинга (система GEOSMIS) // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011. Т. 8. № 3. С. 93–108.
  18. Уваров И.А., Халикова О.А., Балашов И.В., Бурцев М.А., Лупян Е.А., Матвеев А.М., Платонов А.Е., Прошин А.А., Толпин В.А., Крашенинникова Ю.С. Организация работы с метеорологической информацией в информационных системах дистанционного мониторинга // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013. Т. 10. № 2. С. 30–45.
  19. Уваров И.А., Матвеев А.М., Бурцев М.А., Лупян Е.А., Мазуров А.А., Прошин А.А., Саворский В.П., Суднева О.А. Организация распределенной работы с данными спутниковых гиперспектральных наблюдений для решения научных и прикладных задач // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11. № 1. С. 322–333.
  20. Ханчук, А.И. Сорокин А.А., Смагин С.И., Королёв С.П., Макогонов С.В., Тарасов А.Г., Шестаков Н.В. Развитие информационно-телекоммуникационных систем в ДВО РАН // Информационные технологии и вычислительные системы. 2013. № 4. С. 45–57.
  21. Abrams, M. and Hook S. NASA's Hyperspectral Infrared Imager (HyspIRI), in Kunzer and Dech (eds.), Thermal Infrared Remote Sensing: sensors, methods and applications // Remote Sensing and Digital Image Processing Springer. 2013. DOI: 10.1007/978-94-007-6639-6_6.
  22. Abrams M., Pieri D., Realmuto V., Wright R. Using EO-1 Hyperion data as HyspIRI preparatory data sets for volcanology applied to Mt. Etna, Italy // J. Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2013. № 6. P. 375–385.
  23. Carter A.J., Girina O.A., Ramsey M.S., Demyanchuk Y.V. ASTER and field observations of the 24 December 2006 eruption of Bezymianny Volcano, Russia // Remote Sensing of Environment. 2008. Vol. 112. P. 2569–2577.
  24. Chang G., Mahoney K., Briggs-Whitmire A., Kohler D., Lewis M., Mobley C., Moline M., Boss E., Kim M., Philpot W., Dickey T. The new age of hyperspectral oceanography // Oceanography. 2004. Vol. 17 (2). P. 16–23.
  25. Clark R.N., Swayze G.A., Wise R., Livo K.E., Hoefen T.M., Kokaly R.F., Sutley S.J. (2007) USGS Digital Spectral Library splib06a, U.S. Geological Survey, Data Series 231. http://speclab.cr.usgs.gov/spectral.lib06/ds231/datatable.html.
  26. Flynn L.P., Harris A.J., Rothery D.A., Oppenheimer C. High-spatial-resolution thermal remote sensing of active volcanic features using Landsat and hyperspectral data // Geophysical Monograph Series. 2000. Vol. 116. P. 161–177.
  27. Flynn L.P., Harris A.J., Wright R. Improved identification of volcanic features using Landsat 7 ETM+ // Remote Sensing of Environment. 2001. Vol. 78 (1). P. 180–193.
  28. Flynn L.P., Mouginis-Mark P.J., Horton K.A. Distribution of thermal areas on an active lava flow field: Landsat observations of Kilauea, Hawaii, July 1991 // Bulletin of Volcanology. 1994. Vol. 56 (4). P. 284–296.
  29. Glaze L., Francis P.W., Rothery D.A. Measuring thermal budgets of active volcanoes by Satellite remote sensing // Nature. 1989. Vol. 338. P. 144–146.
  30. Griffin M.K., Hsu S.M., Burke H.K., Orloff S.M., Upham C.A. Examples of EO-1 Hyperion Data Analysis // Lincoln laboratory journal. 2005. Vol. 15. No. 2. P. 271–298.
  31. Griffin M.K., Hsu S.M., Burke H.K., Snow J.W. Characterization and Delineation of Plumes, Clouds and Fires in Hyperspectral Images // SPIE 4049. 2000. P. 24–28.
  32. Harris A.J., Flynn L.P., Keszthelyi L., Mouginis-Mark P.J., Rowland S.K., Resing J.A. Calculation of lava effusion rates from Landsat TM data // Bulletin of Volcanology. 1998. Vol. 60 (1). P. 52–71.
  33. Kearney C.S., Dean K., Realmuto V.J., I.M. Watson, J. Dehn, F. Prata Observations of SO2 production and transport from Bezymianny volcano, Kamchatka using the MODerate resolution Infrared Spectroradiometer (MODIS) // Int. J. Rem. Sens. 2008. Vol. 29. No. 22. P. 6647–6665.
  34. Koeppen W.C., Patrick M., Orr T., Sutton J., Dow D., Wright R. Constraints on the partitioning of Kilauea's lavas between surface and tubed flows, estimated from infrared satellite data, sulfur dioxide flux measurements, and field observations // Bulletin of Volcanology. 2013. Vol. 75. Doi:10.1007/s00445-013-0716-3.
  35. Lombardo V., Buongiorno M.F., Pieri D., Merucci L. Differences in Landsat TM derived lava flow thermal structures during summit and flank eruption at Mount Etna // Journal of Volcanology and Geothermal research. 2004. Vol. 134 (1). P. 15–34.
  36. Miller T.P., Casadevall T.J. Volcanic ash hazards to aviation // Encyclopedia of Volcanoes. Academic Press. San Diego. California. 2000. P. 915–930.
  37. Neal Ch., Girina O., Senyukov S., Rybin A., Osiensky J., Izbekov P., Ferguson G. Russian eruption warning systems for aviation // Natural Hazards. Springer Netherlands. 2009. Vol. 51. No. 2. P. 245–262.
  38. Oppenheimer C. Lava flow cooling estimated from Landsat Thematic Mapper infrared data: the Lonquimay eruption (Chile, 1989) // Journal of Geophysical Research: Solid Earth (1978–2012). 1991. Vol. 96 (B13), P. 21865–21878.
  39. Prata A.J. Observation of volcanic ash clouds using AVHRR-2 radiances // Int. Journal of Remote Sensing. 1989. Vol. 10 (4). P. 751–761.
  40. Ramsey M., Dehn J. Spaceborne observations of the 2000 Bezymianny, Kamchatka eruption: the integration of high-resolution ASTER into near real-time monitoring using AVHRR // Journal of Volcanology and Geothermal research. 2004. Vol. 135. P. 127–146.
  41. Ramsey M.S., Harris A.J.L. Volcanology 2020: How will thermal remote sensing of volcanic surface activity evolve over the next decade // Journal of Volcanology and Geothermal research. 2013. Vol. 249. P. 217–233.
  42. Ramsey M.S., Wessels R.L., Anderson S.W. Surface textures and dynamics of the 2005 lava dome at Shiveluch Volcano, Kamchatka // Geol. Soc. Amer. Bull. 2012. Doi:10.1130/B30580.1.
  43. Schneider D.J., Dean K.G., Dehn J., Miller T.P., Kirianov V.Yu. Monitoring and Analyses of Volcanic Activity Using Remote Sensing Data at the Alaska Volcano Observatory: Case Study for Kamchatka, Russia, December 1997 // Remote Sensing of Active Volcanism. Geophysical Monograph. 2000. Vol. 116. P. 65–85.
  44. Schneider D.J., Rose W.I. Observations of the 1989–1990 Redoubt volcano eruption clouds using AVHRR satellite imagery // US Geological Survey Bull. 1994. Vol. 2047. P. 405–418.
  45. Watson I.M., Realmuto V.J., Rose W.I., Prata A.J., Bluth G.J.S., Gu Y., Bader C.E., Yu T. Thermal infrared remote sensing of volcanic emissions using the moderate resolution imaging Spectroradiometer // Journal of Volcanology and Geothermal research. 2004. Vol. 135 (1–2). P. 75–89.
  46. Wen S., Rose W.I. Retrieval of sizes and total masses of particles in volcanic clouds using AVHRR bands 4 and 5 // Journal of Geophysical Research. 1994. Vol. 99 (D3). P. 5421–5431.
  47. Wright R., H. Garbeil, Davies A.G. Cooling rate of some active lavas determined using an orbital imaging spectrometer // Journal of Geophysical Research (Solid Earth). 2010. Vol. 115. P. B06205. Doi:10.1029/2009JB006536.
  48. Wright R., Glaze L., Baloga S.M. Constraints on determining the eruption style and composition of terrestrial lavas from space // Geology. 2011. Vol. 39. P. 1127–1130.
  49. Wright R., Lucey P., Crites S., Horton K., Wood M., Garbeil H. BBM/EM design of the thermal hyperspectral imager: An instrument for remote sensing of earth’s surface, atmosphere and ocean, from a microsatellite platform // Acta Astronautica. 2013. Vol. 87. P. 182–192. Doi:10.1016/j.actaastro.2013.01.00.
  50. Yu T., Rose W.I., Prata A.J. Atmospheric correction for satellite-based volcanic ash mapping and retrievals using “split window” IR data from GOES and AVHRR // Journal of Geophysical Research. 2002. Vol. 107 (D16). DOI: 10.1029/2001JD000706.