文：小张
编辑：小张
火山灰沉降物对环境的影响可能是广泛而持久的，即使是中等规模的喷发，评估火山灰对植被的影响和对人类的间接影响通常很困难。
坦桑尼亚北部Oldoinyo Lengai火山喷发后，插值降雨量数据用于隔离偏离正常季节周期的NDVI值，说明在该区域内火山灰沉降，显著影响了植被状态。
火山爆发结束后，各种恢复指数的时间序列突出了植被恢复，随着离火山距离的增加，预计恢复时间从5年以上到6个月以下不等。
今天小张就给大家讲一下，Oldoinyo Lengai火山灰沉降物，对植被的生长与恢复造成了哪些影响。
火山灰沉降物
火山爆发产生的火山灰沉降物，即使是中等强度的也会对火山周围造成严重影响，因为掩埋、超载或不同的过程都会影响植物生长或植物状态，即使覆盖的火山灰覆盖层很薄。
由热火山灰点燃的火和有毒气体通过空气污染、酸雨或土壤水污染产生的化学影响，是爆炸性喷发影响植被的其他过程。
火山灰层的厚度、粒度和物理化学性质、植物的形态和物候，以及火山灰层的停留时间，都被证明会影响这些影响的程度。
火山灰造成的植被破坏或退化可能会对牲畜、农业并最终对人类活动和健康造成长期影响，灌木和草本植被比树木更容易受到火山灰的影响，已经受到几厘米厚的火山灰的严重影响。
从实地调查中准确限制火山灰层的范围和厚度以及对植物、动物和人类活动影响的空间变化通常是耗时且困难的。
对于持续时间较长的火山爆发来说尤其如此，因为火山灰沉降会在几周或几个月内重复发生，对于不太容易进入的火山地区，以及经过一个多季节保存较差的更远和更薄的火山灰层来说更是如此。
尽管有许多火山灰沉降物对植被的影响，但很少有记录火山灰沉积后植被的恢复及其影响恢复的因素。
我们已知的是植被类型、火山灰厚度、降雨量、侵蚀模式和速率，以及人类影响被认为是控制植被恢复的重要因素，流域地形和地质对植被恢复的轨迹和速度有重要影响。
Oldoinyo Lengai (OL)是东非裂谷系统的层火山，位于坦桑尼亚北部，纳特龙湖以南16公里处。Oldoinyo Lengai海拔2952米，高出格雷戈里裂谷平原2000米。
与西部的塞伦盖蒂平原相似，裂谷中和裂谷悬崖上方的植被，以开阔的草原到散布着树木的灌丛为特征。随地形和降雨分布而变化，OL西南部的火山口高地被茂密的灌木林覆盖，该地区的气候特点是10月至12月为短雨季，3月至5月为长雨季。
虽然它是唯一一座已知从1983年至2006年，喷发过天然碳酸盐岩熔岩的活火山。然而OL主要是由霞石和响岩灰，以及熔岩沉积物形成的，而钠碳酸盐岩仅占一小部分。
火山喷发活动的特点，是钠碳酸盐岩熔岩的喷发阶段和霞石爆发阶段，其特点是不同强度的重复短期火山灰喷发。
2007年9月底和2008年2月至3月爆发最为剧烈，后一阶段与OL记录的最大火山灰扩散和第一次火山碎屑流有关，开始后活动从100米高的火山灰，喷射到2-15千米高的稳定或不稳定的喷发柱。
而大多数喷发的物质沉积，在火山的上部侧面最近的沉积，形成了一个宽约400米、高约75米的火山碎屑锥，受火山灰影响区域的空间格局与当地社区所受影响的空间对比相吻合。
实地勘测
如果说雨季更长、更充足，则爆发前的坡度值通常接近于零，森林地区的植被状况稳定，灌木和草本植被的坡度值更大。
在喷发期间获得了更大范围的斜率值，由于丰沛的雨季相关的持续植被改善，大部分区域显示出正斜率。森林地区对降水的敏感性较低，NDVI的年际变化有限。
Oldoinyo Lengai周围地区的特点是坡度值非常低，这是因为受火山灰沉积影响，植被状况迅速退化，这种下降趋势的陡度，随着离火山顶部和扩散轴的距离而变化。
在Oldoinyo Lengai的喷发后阶段，根据主成分分析，发现在落灰区的外部，观察到最高的正斜率值。被破坏的植被正在恢复，并且与未受灰烬沉积影响的区域相比，在生长季节期间NDVI有更高的增加。
而在Oldoinyo Lengai附近的斜率值接近于零，这就表明植被没有恢复，我们应该注意的是，由于时间序列的持续时间较长，斜率值的范围小于以前的时间段。
将NDVIcorr值转换为恢复指数，是为了突出火山爆发结束后受火山灰影响的植被的演变，不同的恢复指数在逐个像素的基础上，将喷发后的植被状态与其喷发前的状态进行比较。
火山爆发后受火山灰影响的区域的特点，是LG值为强负值，数值向受影响区域的边缘增加，在OL西25 km处，LG值显著低于周围区域内观察到的变化，表明火山灰对植被有显著影响。
火山灰影响区的远端部分已经完全恢复，植被状况比喷发前更好(正LG值)。在2009年5月和2011年，只有OL以西10公里和7公里的有限区域仍然显示出显著的影响。
对于受火山灰影响的植被Tc值较高，随着植被恢复TC值降低。对于LG指数，观察到类似的空间模式，但是受火山灰影响区域内的对比度更高。低ARI值是火山灰降落区的特征，而火山灰影响区以外的植被显示的值接近或高于1。
虽然受火山灰影响区域的恢复动态很好，但是在该区域的西北部和东南部，与未受火山灰影响的植被的对比很低。火山喷发三年后，火山灰影响区中心部分的ARI指数值与区域的其他部分相似，但火山灰影响区的边缘显示出更高的值。
所有指数都成功地突出了受火山灰影响地区植被恢复的时空演变，喷发后一个月的指数值与五氯苯甲醚，受火山灰影响的植被相匹配，但范围进一步向西延伸。
随着时间的推移，受较薄的火山灰沉积影响的区域会逐渐恢复，而植被仍受影响的区域会逐渐缩小。此外，受火山灰影响区域的边缘显示出较高的指数值(主要是LG和ARI)：这表明受薄火山灰覆盖影响后，恢复的植被比火山爆发前状态更好。
与灰分厚度的关系
值得一提的是，我们还测量了植被恢复率是否与实地测量的灰烬厚度相关。结果大仙灰厚度只是影响回收率的一个因素，灰厚度和回收率之间的关系可能不是连续的，而是可以由灰厚度阈值控制的。
不同指数之间统计关系的差异，可能归因于各种指数捕捉植被恢复动态的能力，及其对季节和年际降雨量变化的敏感性。
一些现场测量的灰烬厚度不符合该关系，因为它们的特征是对数回归模型的负斜率，即植被状态在喷发后的五年内没有改善。对于以薄灰层为特征的点，获得负恢复斜率。
所以我们不得不从分析中排除点(总数据集的10-15%)，在这之中有两个被认为是异常测量值：Sherrod在火山东北7公里处，测量到超过20厘米的火山灰。
这些观察结果与其他点不一致，可能是由于2007年至2008年火山爆发造成的局部火山灰改造和堆积，对地层的错误识别。
超过80 %的剩余排除点(10-13个数据点)的火山灰厚度为3 cm或更小，并且位于火山的上风位置。30 %显示植被显著恢复的点的特征，也是火山灰厚度为3厘米或更小。
所以我们可以认为3 cm的火山灰厚度是阈值厚度，超过该厚度，植被类型在火山爆发后都显示出明显的恢复趋势，因此火山灰厚度需要系统地影响植被的状态。
受火山灰影响的植被范围，可以用来估计火山爆发的喷发体积。由于现场数据不足以，因此根据足够数量的等厚线的沉积物变薄趋势，我们使用空间插值技术的约束条件推导出厚度。
除了现场测量的灰厚度点之外，还做了以下假设来限制灰量:现场测量的最大灰烬厚度也归因于OL峰顶，而火山灰沉降对植被和植被恢复的影响的方法，是基于森林火灾影响的方法。
虽然破坏过程不同，但对植被的影响是可比的，而且更易变:根据火山灰的厚度，植物可能会被完全掩埋、杀死。
由于土壤中的种子仍能发芽，植物会迅速恢复，或者只是在短时间内，被轻微腐烂的火山灰暂时覆盖。因为在后一种情况下的影响有限，所以无法对植被的时间变化进行分析。
结论
受大量火山灰沉降影响的区域，仅限于约100平方公里的低人口密度区域，火山灰对人口迁移的影响更为广泛。虽然稀薄的火山灰沉降不足以对植被状况产生长期影响，但足以阻止牲畜放牧和被迫临时重新定居。
为了弄清楚火山灰沉降物对植被的影响，需要将火山灰的影响，与可能影响植被状态的其他环境因素隔离开来。因为在植被非常均匀的地区，所以我们可以将受影响的植被与附近未受干扰的植被进行比较，以消除观察到的变化的其他原因的影响。
由于降雨量的可变性是控制植被状态的主要因素，在绘制火山灰沉降引起的植被变化之前，从时间序列中去除这一信号是有用的。