Turister som besökte Whakaari/White Island den 9 december förra året hade ingen varning om dess överhängande våldsamma utbrott. Explosionen av sur ånga och gaser dödade 21 människor, och de flesta överlevande fick kritiska skador och allvarliga brännskador.

Tragedin fick oss att utveckla ett system för tidig varning. Vår forskning visar mönster av seismisk aktivitet före ett utbrott som möjliggör varning i förväg. Hade vårt system varit på plats, det skulle ha ökat varningen 16 timmar före vulkanens dödliga utbrott.

Vi motiverades också av att flera andra Nya Zeelands vulkaner utgör liknande hot. Explosioner och överspänningar vid det populära besöksmålet Waimangu geotermiska område dödade tre människor 1903, en utbrott på Raoul Island 2006 dödade en person, ballistik vid Mount Ruapehu 2007 orsakade allvarliga skador och turister klarade sig knappt undan två utbrott på en populär dagspromenad i Tongariro nationalpark 2012.

Vårt automatiska varningssystem tillhandahåller riskinformation i realtid och en mycket högre säkerhetsnivå för att skydda turister och hjälpa operatörer att avgöra när det är säkert att besöka vulkaner.

En historia av utbrott

Nya Zeeland har ett nätverk av övervakningsinstrument som mäter även de minsta jordrörelserna kontinuerligt. Detta GeoNet-nätverk levererar data med hög hastighet från vulkaner, inklusive Whakaari, men det används för närvarande inte som ett varningssystem i realtid för vulkanutbrott.

Även om det överensstämmer med internationell bästa praxis, GeoNets nuvarande Volcano Alert Level (VAL) system uppdateras för långsamt, eftersom den huvudsakligen bygger på expertbedömning och konsensus. Det uppskattar inte heller sannolikheten för ett framtida utbrott - istället det ger en bakåtblick av vulkanens tillstånd. Alla tidigare utbrott vid Whakaari inträffade på varningsnivå 1 eller 2 (oroligheter), och nivån höjdes sedan först efter evenemanget.

Vår studie använder maskininlärningsalgoritmer och det senaste decenniet med kontinuerlig övervakningsdata. Under denna tid fanns det fem registrerade utbrott i Whakaari, många liknande 2019 års evenemang. Sedan 1826 har det har varit mer än 30 utbrott vid Whakaari. Alla var inte lika våldsamma som 2019, men eftersom det finns varmt vatten och ånga fångat i ett hydrotermiskt område ovanför ett grunt lager av magma, vi kan förvänta oss destruktiva explosioner vart och ett till tre år.

Förra årets utbrott föregicks av 17 timmars seismisk varning. Detta började med en stark seismisk aktivitet på fyra timmar, som vi tror var färsk magmatisk vätska som steg upp för att öka trycket på gasen och vattnet som fångades i berget ovanför.

Detta ledde till att det slutligen sprack, som ett tryckkokarlock som sprängs av. En liknande signal spelades in 30 timmar före ett utbrott i augusti 2013, och det var närvarande (om än mindre uppenbart) i två andra utbrott 2012.

Bygga ett system för tidig varning

Vi använde sofistikerade maskininlärningsalgoritmer för att analysera seismiska data för oupptäckta mönster i samband med utbrott. Den fyra timmar långa energisprängningen visade en signal som ofta varnade för ett överhängande utbrott.

Vi använde sedan dessa före utbrottsmönster för att lära en datormodell att varna och testade om den kunde förutse andra utbrott som den inte hade lärt sig av. Denna modell kommer att fortsätta att "lära av erfarenhet". Varje på varandra följande händelse som vi använder för att lära den förbättrar dess förmåga att förutsäga framtiden.

Vi har också studerat hur man bäst optimerar när varningar utfärdas för att skapa det mest effektiva varningssystemet. Den viktigaste avvägningen är mellan ett system som är mycket känsligt och ger många varningar mot ett som sätter ribban ganska högt, men missar också några utbrott.

Vi bestämde oss för en tröskel som genererar en varning varje gång sannolikheten för ett utbrott överstiger 8,5%. Det betyder att när en varning höjs-var och en varar i cirka fem dagar-finns det ungefär en 1-i-12 chans att ett utbrott kommer att hända.

Detta system skulle ha väckt en varning för fyra av de fem senaste stora utbrotten vid Whakaari. Det skulle ha gett en 16-timmars varning för utbrottet 2019. Men dessa utvärderingar har gjorts med fördel i efterhand:prognossystem kan bara bevisa sitt värde på framtida data.

Vi tror att det finns en god chans att utbrott som 2019 -evenemanget eller större kommer att upptäckas. Avvägningen är att varningarna, om man agerar, skulle hålla ön utanför gränserna för besökare i ungefär en månad varje år.

Vart härifrån

Vi har drivit systemet i fem månader nu, 24/7, och arbetar med GNS Science om hur man bäst integrerar detta för att stärka deras befintliga protokoll och ge mer tidiga varningar vid vulkaner i Nya Zeeland.

Vi planerar att utveckla systemet för Nya Zeelands andra aktiva vulkaner, inklusive Mount Tongariro och Ruapehu, som tar emot tiotusentals besökare varje år. Så småningom, detta kan vara värdefullt för andra vulkaner runt om i världen, som Mt Ontake i Japan, där ett utbrott 2014 dödade 63 människor.

På grund av det enorma allmänna värdet av dessa typer av tidiga varningssystem, vi har gjort all vår data och mjukvara tillgänglig öppen källkod.

Även om de flesta utbrott vid Whakaari verkar vara förutsägbara, det kommer sannolikt att finnas framtida händelser som trotsar varning. 2016 uppstod ett utbrott som inte hade någon uppenbar seismisk föregångare och detta skulle inte ha förväntats av vårt varningssystem.

Utbrott vid andra vulkaner kan vara förutsägbara med liknande metoder om det finns tillräckligt med data för att träna modeller. Hur som helst, mänskliga operatörer, oavsett om de är assisterade eller inte av system för tidig varning, kommer att fortsätta att spela en viktig roll för att skydda dem som bor nära eller besöker vulkaner.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.