Dynamics of volcanic activity using geostationary Land Surface Temperatures : poster

(1)

The method is suitable to study dynamic development of volcanic activity including

short-term (Etna), intermittent (Congo lava flows) and persistent (Congo lava lake activity.

It allows utilization of LWIR-based input of older satellites, facilitating long-term study

of volcanic cycles.

Relevant to the development of long-term LST datasets by EUMETSAT and ESA (see

Duguay-Tetzlaff et al (Remote Sens. 2015 and

http://www.globtemperature.info/).

29 00 00

30 00 00

31 00 00

-1 00

00 -2 00

00 -3 00

00 A

B

A. Nyamuragira lava flow

B. Nyiragongo lava lake

Meteosat Natural Color RGB

Landsat 7 Natural color RGB, Feb.9th 2012

11 90 00

12 60 00

13 30 00

37

80

00

37

10

00

36

40

00 A

B

E

Meteosat Natural Color RGB

E. Etna volcano

Number of anomalies |||||| |||||||||| |||||||||| |||||||||| | | || | | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||| ||||||| || || || || | Number of anomalies 0 100 200 300 400 500

+

+ +

+

Pixel (72,49) Pixel (72,50) Pixel (73,50)

Lava flow, Congo

A

Number of anomalies 0 50 100 150 200 250

15 Jan 11 15 Mar 11 15 May 11 15 Jul 11 15 Sep 11 15 Nov 11 15 Jan 12 15 Mar 12 15 May 12 15 Jul 12 15 Sep 12 15 Nov 12

Lava lake, Congo

B

C

Number

of

anomalies

1 Aug 2011 6 Aug 2011 12 Aug 2011 18 Aug 2011 24 Aug 2011 30 Aug 2011

Etna eruption

|||| ||| |||| || | |||| |||| |||| |||||||| | ||||| ||||||||||||||| |||||| |||||||||||||||||||||||| |||| ||

D

0 10 20 30 40 50 60 70

+ +

+

Legend

Issued MODVOLC alert

Existing ground reports

A Bulletin of the Global Volcanism Network,

vol. 39(2014); vol 38 (2013)

B Burgi et al (2014). Dynamics of Mt.Nyiragongo lava

lake. JGR

C Spampinato et al (2013). Thermal insights

into the dynamics of Nyiragongo lava lake

from ground and satellite measurements. JGR

D Ganci, G. et al (2013). Separating the thermal

fingerprints of lava flows and simultaneous lava

fountaining using ground‐based thermal camera

and SEVIRI measurements. GRL

Available HiRes imagery of volcanic activity

The problem

Dynamics of volcanic activity using

geosta-tionary Land Surface Temperatures

Contacts

E.Pavlidou, M.van der Meijde, C. Hecker.

e.pavlidou@utwente.nl

ITC University of Twente, The Netherlands

Department of Earth Systems’ Analysis

The study of volcanic dynamics needs long-term, hypertemporal satellite series.

Volcanic activity is most efficiently detected using Midwave-Infrared (MWIR)

observa-tions. Older geostationary sensors provide the required temporal coverage but do not

have MWIR channels; the response of their Long-wave IR (LWIR) bands to volcanic

targets is low.

- Use a new, sensitive detection method

- Use geostationary, LWIR-based Land Surface Temperature (LST) datasets. These pro-

vide high temporal resolution; atmospheric corrections; and do not require MWIR input.

A

B

central pixel,+5K offset

neighborhood set

270

280

290

300

310

320

330 B

.T

emperat

ures

(K

)

(mean+2sd) threshold

normalized series

Apr.17

Apr.19

Apr.21

Apr.23

Apr.25

C

0.

992

0.

994

0.

996

0.

998

1.

000

1.

002

1.

004 Normalized

values

Y_normalized =

₍

_X1+X2+¼+Xn

Y

₎

n

n=nr of pixels in frame

Data:

- MSG-derived LST (15min/3x3km), 2011-2012 over Virunga National Park (Congo)

and Etna (August 2011). Source: LSA-SAF (EUMETSAT),

http://landsaf.meteo.pt

- Three types of activity: Short-term paroxysmal episode (Etna, 33hrs), Effusive lava

flows (Nyamuragira, 6 months), permanent lava lake (Nyiragongo).

Good agreement with ground reports and with satellite observations in all cases

Pavlidou et al, 2016. Finding a needle by removing the haystack: A spatio-temporal normalization method for geophysical data. Computers & Geosciences

- Contextual time series approach, dynamic adaptation to local conditions

- Single-band input

- Detection of fluctuations as low as +2K

- Temporal and spatial component

- Detection over constantly elevated background

Validation:

- Ground reports: Global Volcanism Network Bulletins, Burgi et al (2014), Spampinato