Geoinformatik und Geostatistik: Ein Überblick

Ein Hybridmodell unter Verwendung von Zeitreihen und Markow-Ketten zur Erkennung der wichtigsten Periodizitäten in den Temperaturdaten des Vulkans Nisyros in der südlichen Ägäis

Marsellos AE, Tsakiri KG, Kapetanakis S und Kyriakopoulos K

Am Vulkan Nisyros kam es zu einer Reihe vulkanischer und seismotektonischer Ereignisse, darunter auch jüngste vulkanische Phraeruptionen, die eine undurchlässige Schicht nahe der Oberfläche durchbrachen. Geologische und atmosphärische Phänomene tragen zur Wärmeabgabe des hydrothermalen Systems bei. Um die Temperaturschwankungen durch einen Gasausstoß in Nisyros zu überwachen, wurde in einer Fumarole in der Nähe der Standorte Lofos und Laki ein Temperatursensor installiert. Rohe und zerlegte Temperaturdaten wurden analysiert, um die Zyklen der Wärmeabgabe an der Oberfläche durch die endogene vulkanische Aktivität und durch die Wechselwirkung mit der atmosphärischen Temperatur zu bestimmen. Die Zeitreihenzerlegung mit dem Kolmogorov-Zurbenko-Filter und der Markow-Ketten-Ansatz wurden als ergänzende Instrumente zur Bestimmung der wichtigsten Periodizitäten der Temperaturdaten genutzt. Der Kolmogorov-Zurbenko-Filter wird für die Zeitreihenzerlegung der Temperaturdaten in die langfristigen und
kurzfristigen Komponenten der Zeitreihe verwendet. Mithilfe einer Markow-Ketten-Analyse wurde die Periodizität der Temperaturdaten und die Gesamtlastauswirkungen bei der Prognose wahrscheinlichkeitsmäßig ermittelt. Mithilfe von Spektralanalyse und Clusteranalyse ermitteln wir die Hauptperiodizitäten der langfristigen und kurzfristigen Zyklen der Wärmeabgabe. Die Rohtemperaturdaten haben eine erhöhte Frequenz stündlicher Temperaturabnahmen an der Oberfläche gezeigt. Bei wärmeren atmosphärischen Temperaturen treten kleine Temperaturabnahmen auf, bei kälteren atmosphärischen Temperaturen treten drastische Temperaturabnahmen auf. Ein physikalisches oder mechanisches Phänomen kann verhindern, dass die Wärme die Oberfläche erreicht. Die Zeitreihenzerlegung funktioniert gut bei langfristigen Zyklen, während die Markow-Kette bei kurzfristigen Zyklen besser funktioniert.
Beide Zeiträume hängen mit Zyklonen zusammen, die in der Ägäis auftreten. Da Nisyros eine Insel ist, werden die Temperaturmessungen wahrscheinlich durch verschiedene Phänomene (Zyklone, Gezeiten) beeinflusst, die im Meer auftreten und die hydrothermale Konvektion beeinflussen.