卫星对火山及山火活动的监察
卫星对火山及山火活动的监察
邓伟豪、杨汉贤、吴斌
2026年2月
大家对气象卫星图像的印象可能主要来自热带气旋的云图。可见光图像可以在日间能展示相当细致的云纹理，而红外光图像则可不分昼夜提供云图。能获取这些图像有赖气象卫星上配置的可见光及红外光成像仪，如同一部可以拍摄特定波段影像的相机。
传统单色可见光图像是波长约0.65微米的红光图像。现今的成像仪亦能拍摄约0.47微米的蓝光图像以及约0.50微米的绿光图像，可透过后期制作合成出真彩图像，模拟人眼观察的色彩，有助于分辨白色的云以及山火或火山活动产生的灰尘。传统红外光图像则是波长约10.8微米的图像，透过量度物体自身放出的电磁波测得其温度及评估其高度，但缺点是未能有效分辨云和灰尘。
图一 位于非洲埃塞俄比亚Hayli Gubbi火山（图中蓝色圆点）于2025年11月23日爆发，当日11:45时（协调世界时，UTC）中国风云４号Ｂ卫星拍摄到的图像：（左）真彩图像及（右）红外光图像。释出的火山灰在真彩图像中呈现为较光亮的棕灰色，有别于海上云团的光亮白色。而在红外光图像中，两者则无太显著差异。
最新的成像仪亦能观察其他特定波段，有助监测沙尘暴等不同天气现象以及大气中的微量气体。为方便预报员监测，制作卫星图像时可利用特定波段的图像，按不同比重或数学运算拼制成不同的「RGB」图像（R、G、B分别指显示屏幕上红、绿、蓝三原色的像素）。真彩图像是最简单的RGB图像例子：其R、G及B像素直接显示卫星探测到红光、绿光及蓝光的强度。又以火山爆发释出的二氧化硫气体为例，其化学分子在7.4微米和8.6微米附近波段的红外光谱有很强的吸收作用，以这两波段取代红光及绿光而拼制出的RGB图像能更明显地示出二氧化硫的分布。位于非洲埃塞俄比亚的Hayli Gubbi火山于2025年11月23日爆发，其释出的火山灰及火山气体随高空的西风带向东飘移，随后两三日影响印度北部、华中地区以及日本南部上空，在二氧化硫RGB图像中清晰可见（图二）。
图二 日本向日葵8号卫星摄于2025年11月25日06:00 UTC（上）及18:00 UTC（下）的二氧化硫RGB图像。Hayli Gubbi火山释出的火山灰及火山气体随高空的西风气流向东飘移，横越印度北部、华中地区以及日本南部上空，在二氧化硫RGB图像中显影为一条淡黄色、狭长、大致东西走向的带子（见橙黄色椭圆标示）。
类似的RGB图像方法亦可应用于监察山火等地面热源。按物理学的原理，物体温度越高，发出的电磁波峰值辐射波长便会越短。以火温度RGB图像为例，其R、G、B像素会分别显示卫星于3.8微米、2.3微米以及1.6微米波段红外光探测到的强度，较温和的热源会在图像上呈现为红点，当热源进一步加热，释出更多短波长红外辐射，便会演变为黄点甚至白点。
图三 （左）日本向日葵９号卫星摄于2025年3月25日06:30 UTC的火温度RGB图像，大量红点显示了中南半岛的燃烧活动；（右）日本向日葵９号卫星摄于2025年6月17日09:30 UTC的火温度RGB图像，光亮红点显示印尼Lewotobi火山爆发的一刻。
除了以上基于可见光及红外光成像仪的拼图方法外，其他气象卫星仪器亦有助监察火山活动，例如欧洲哨兵5P卫星的对流层观测仪（TROPOMI）以及韩国GK2B卫星的地球同步环境监测光谱仪（GEMS）等，将来有机会再向大家介绍！