衛星對火山及山火活動的監察
衛星對火山及山火活動的監察
鄧偉豪、楊漢賢、吳斌
2026年2月
大家對氣象衛星圖像的印象可能主要來自熱帶氣旋的雲圖。可見光圖像可以在日間能展示相當細緻的雲紋理，而紅外光圖像則可不分晝夜提供雲圖。能獲取這些圖像有賴氣象衛星上配置的可見光及紅外光成像儀，如同一部可以拍攝特定波段影像的相機。
傳統單色可見光圖像是波長約0.65微米的紅光圖像。現今的成像儀亦能拍攝約0.47微米的藍光圖像以及約0.50微米的綠光圖像，可透過後期製作合成出真彩圖像，模擬人眼觀察的色彩，有助於分辨白色的雲以及山火或火山活動產生的灰塵。傳統紅外光圖像則是波長約10.8微米的圖像，透過量度物體自身放出的電磁波測得其溫度及評估其高度，但缺點是未能有效分辨雲和灰塵。
圖一 位於非洲埃塞俄比亞Hayli Gubbi火山（圖中藍色圓點）於2025年11月23日爆發，當日11:45時（協調世界時，UTC）中國風雲４號Ｂ衛星拍攝到的圖像：（左）真彩圖像及（右）紅外光圖像。釋出的火山灰在真彩圖像中呈現為較光亮的棕灰色，有別於海上雲團的光亮白色。而在紅外光圖像中，兩者則無太顯著差異。
最新的成像儀亦能觀察其他特定波段，有助監測沙塵暴等不同天氣現象以及大氣中的微量氣體。為方便預報員監測，製作衛星圖像時可利用特定波段的圖像，按不同比重或數學運算拼製成不同的「RGB」圖像（R、G、B分別指顯示屏幕上紅、綠、藍三原色的像素）。真彩圖像是最簡單的RGB圖像例子：其R、G及B像素直接顯示衛星探測到紅光、綠光及藍光的強度。又以火山爆發釋出的二氧化硫氣體為例，其化學分子在7.4微米和8.6微米附近波段的紅外光譜有很強的吸收作用，以這兩波段取代紅光及綠光而拼製出的RGB圖像能更明顯地示出二氧化硫的分布。位於非洲埃塞俄比亞的Hayli Gubbi火山於2025年11月23日爆發，其釋出的火山灰及火山氣體隨高空的西風帶向東飄移，隨後兩三日影響印度北部、華中地區以及日本南部上空，在二氧化硫RGB圖像中清晰可見（圖二）。
圖二 日本向日葵8號衛星攝於2025年11月25日06:00 UTC（上）及18:00 UTC（下）的二氧化硫RGB圖像。Hayli Gubbi火山釋出的火山灰及火山氣體隨高空的西風氣流向東飄移，橫越印度北部、華中地區以及日本南部上空，在二氧化硫RGB圖像中顯影為一條淡黃色、狹長、大致東西走向的帶子（見橙黃色橢圓標示）。
類似的RGB圖像方法亦可應用於監察山火等地面熱源。按物理學的原理，物體溫度越高，發出的電磁波峰值輻射波長便會越短。以火溫度RGB圖像為例，其R、G、B像素會分別顯示衛星於3.8微米、2.3微米以及1.6微米波段紅外光探測到的強度，較溫和的熱源會在圖像上呈現為紅點，當熱源進一步加熱，釋出更多短波長紅外輻射，便會演變為黃點甚至白點。
圖三 （左）日本向日葵９號衛星攝於2025年3月25日06:30 UTC的火溫度RGB圖像，大量紅點顯示了中南半島的燃燒活動；（右）日本向日葵９號衛星攝於2025年6月17日09:30 UTC的火溫度RGB圖像，光亮紅點顯示印尼Lewotobi火山爆發的一刻。
除了以上基於可見光及紅外光成像儀的拼圖方法外，其他氣象衛星儀器亦有助監察火山活動，例如歐洲哨兵5P衛星的對流層觀測儀（TROPOMI）以及韓國GK2B衛星的地球同步環境監測光譜儀（GEMS）等，將來有機會再向大家介紹！