Εκτίμηση τρισδιάστατης μετατόπισης εδάφους εισάγωντας δεδομένα Sentinel-1 InSAR και GPS. Η περίπτωση του σεισμού της Νότιας Νάπα το 2014.
Από RemoteSensing Wiki
Συγγραφείς: Marco Polcari, Mimmo Palano, Jose Fernandez, Sergey V. Samsonov, Salvatore Stramondo, Susana Zerbinis
Λέξεις κλειδιά: συμβολομετρία SAR, GPS, Sentinel-1, Σεισμός, 3D μετατόπιση
Πηγή: European Journal of Remote Sensing - 2016, 49: 1-13
Εισαγωγή
Η δυνατότητα συγχώνευσης δεδομένων που παρέχονται από διάφορες γεωδαιτικές τεχνικές για την εκτίμηση της τρισδιάστατης επιφανειακής μετατόπισης του εδάφους έχει ευρέως συζητηθεί και εξακολουθεί να είναι μία από τις πιο συναρπαστικές προκλήσεις για την επιστημονική κοινότητα "γεωδαιτικών και τηλεπισκόπησης". Σήμερα, οι InSAR και το GPS είναι δύο από τις σημαντικότερες πηγές πληροφόρησης σχετικά με την τοπογραφία και την επιφανειακή παραμόρφωση της Γης και μπορεί να συνδυαστεί με LiDAR και οπτικά δεδομένα. Τα δεδομένα InSAR επιτρέπουν την κάλυψη περιοχών εκατοντάδων τετραγωνικών χιλιομέτρων με χωρική ανάλυση που κυμαίνονται από λίγα μέτρα έως και παραπάνω από 20 m ανάλογα με το δορυφόρο και τον τρόπο απόκτησης. Η παρούσα μελέτη προτείνει την ένταξη InSAR-GPS δεδομένων χρησιμοποιώντας δεδομένα Sentinel-1 SAR που αποκτήθηκαν κατά τη στιγμή της εμφάνισης του σεισμού (24 Αυγούστου, 2014) MW 6,0 στη Νότια Νάπα της Καλιφόρνια. Η μέθοδος που χρησιμοποιείται για την ενσωμάτωση InSAR και τα GPS δεδομένα βασίζεται σε μια στατιστική προσέγγιση Bayesian αναζητώντας τη βέλτιστη εκτίμηση των τριών συστατικών ρυθμού παραμόρφωσης LOS.
Γεωδαιτικά δεδομένα InSAR
Τα δεδομένα SAR αποκτήθηκαν από το δορυφόρο Sentinel-1. Ένα μόνο ζεύγος των εικόνων SAR αξιοποιήθηκε προκειμένου να εντοπίσει και να μετρηθεί η συν-σεισμική μετακίνηση που προκλήθηκε από τον σεισμό. Οι εικόνες πριν και μετά το σεισμό αποκτήθηκαν στις 7 Αυγούστου 2014 και στις 31 Αυγούστου το 2014, αντίστοιχα. Το παραγόμενο ζεύγος εικόνων, το οποίο χαρακτηρίζεται από μια κάθετη γραμμή βάσης των 2 μέτρων, υποβλήθηκε σε επεξεργασία με τη χρήση του λογισμικό GAMMA. Επίσης χρησιμοποιήθηκε το SRTM Digital Elevation Model (DEM) για να αφαιρεθεί η τοπογραφική φάση. Το προκύπτον διαφορικό παρεμβολής δείχνει συμβολογραφικά «κρόσσια» επιτρέποντας την ανίχνευση μιας σημαντικής επιφάνειακής μετατόπισης που προκλήθηκε από την σεισμό.
Εικόνα 1: Συμβολογράφημα συν-σεισμικής μετακίνησης LOS
Δεδομένα GPS
Το πακέτο δεδομένων GPS καλύπτει το χρονικό διάστημα 1 Αυγούστου 2014 - 2 Σεπτέμβρη 2014, περιλαμβάνει 27 σταθμούς που ανήκουν στο Bay Area Regional Deformation Network (BARDN) και 115 επιπλέον συνεχείς σταθμούς των οποίων τα δεδομένα είναι διαθέσιμα στο UNAVCO και στα αρχεία του Crustal Dynamics Data Information System (CDDIS). Οι πρώτες GNNS παρατηρήσεις υποβλήθηκαν σε επεξεργασία με τη βοήθεια του λογισμικού GAMIT / GLOBK 10,5 χρησιμοποιώντας ακριβείς τροχιές IGS και παραμέτρους προσανατολισμό IERS EARTH. Όλοι οι σταθμοί έχουν οργανωθεί σε τρία υπο-δίκτυα, το καθένα από τα οποία συμπεριλαμβάνει περίπου 50 σταθμούς και μοιράζονται μερικές κοινές περιοχές για την παροχή των απαραίτητων δεσμών μεταξυ τους. Τα αποτελέσματα αυτού του σταδίου επεξεργασίας είναι ημερήσιες εκτιμήσεις των χαλαρά περιορίσμένων συντεταγμένων των σταθμών μαζί με τους αντίστοιχους πίνακες αξιολόγησης της διακύμανσης-συνδιακύμανσης.
Αποτελέσματα
Δεδομένου ότι ο στόχος της παρούσας μελέτης είναι να αξιολογηθεί η συν-σεισμική επιφανειακή παραμόρφωση που προκλήθηκε από τον σεισμό στη Νάπα, τα αποτελέσματα παρέχονται από την άποψη των βελτιστοποιημένων συνιστωσών μετατόπισης του εδάφους αντί του συντελεστή παραμόρφωσης. Ως εκ τούτου, εφαρμόζοντας την προσέγγιση που περιγράφεται παραπάνω και χρησιμοποιώντας ως πρώτη ύλη τον συν-σεισμικό χάρτη InSAR και τις μετρήσεις GPS, οι τρισδιάστατες συνιστώσες της επιφανειακής παραμόρφωσης του εδάφους έχουν εκτιμηθεί. Όπως φαίνονται και στις εικόνες παρατηρείται μια ισχυρή Β-Ν συνιστώσα μετατόπισης του εδάφους (Εικ. 2Α), υποδεικνύοντας σαφώς ένα μηχανισμό ρήγμα-ολίσθηση. Επίσης, η Α-Δ συνιστώσα είναι σημαντική, ειδικά κατά μήκος του νότιου τμήματος της βλάβης (Εικ. 2Β). Επιπλέον, αξίζει να σημειωθεί μία μικρή, αλλά όχι αμελητέα, κατακόρυφη μετατόπιση που ανιχνεύθηκε στη βόρειο-ανατολική πλευρά της βλάβης, όπου σημειώθηκε καθίζηση περίπου 8 cm (Εικ. 2C). Μια τέτοια συμπεριφορά μπορεί επίσης να παρατηρηθεί σε χρονοσειρά των δύο σταθμών GPS που βρίσκονται κοντά στο επίκεντρο, στη δεξιά (P261) και αριστερή (Ρ200) πλευρά της σεισμογενούς βλάβης, αντίστοιχα (Εικ. 2C).
Εικόνα 2:Τρισδιάστατες συνιστώσες επιφανειακής μετατόπισης εδάφους από το σεισμό. Β-Ν συνιστώσα (A), Α-Δ συνιστώσα (B), Κατακόρυφη συνιστώσα (C).
Συμπεράσματα
Ολοκληρώνοντας τη συγκεκριμένη διαδικασία συμπεραίνεται ότι η μέθοδος ενσωμάτωσης InSAR-GPS λειτουργεί αρκετά καλά αποκαλύπτοντας 3D συνιστώσες της επιφανειακής παραμόρφωσης του εδάφους συμβατές με το γεωμετρικό σφάλμα που παρέχονται από τις εκθέσεις USGS. Ωστόσο,υπάρχουν και ορισμένα μειονεκτήματα που απαιτούν περαιτέρω έρευνες. Αν και η Καλιφόρνια έχει ένα από τα πιο πυκνά δίκτυα GPS στον κόσμο, ο κύριος περιορισμός έρχεται από τον περιορισμένο αριθμό των σταθμών GPS σε στενή γειτνίαση με την περιοχή του επικέντρου, όπου και συνέβη και η μεγαλύτερη μετατόπιση. Ως εκ τούτου, για την πλήρη αντιμετώπιση όλων των παρατηρούμενων χαρακτηριστικών, καθώς και να παρέχουν νέες ιδέες για την υπαιτιότητα της ολίσθησης οι πρόσθετες έρευνες που απαιτούνται μπορεί να αφορούν, για παράδειγμα, την αναστροφή της βελτιστοποιημένης 3D συν-σεισμικής παραμόρφωσης του εδάφους και τη χωρική και χρονική κατανομή των σεισμικοτήτων που σχετίζονται με την κύρια.
