Ανίχνευση σεισμικά ενεργών περιοχών με χρήση θερμικής τηλεπισκόπησης

Από RemoteSensing Wiki

Εικόνα 1: Θέση της περιοχής μελέτης

Εικόνα 2: Χάρτης των LST από θερμικό κανάλι Landsat

Εικόνα 3: Χάρτης παρεμβολής της σεισμικής δραστηριότητας με τη μέθοδο ΟΚ

Εικόνα 4: Χάρτης παρεμβολής της σεισμικής δραστηριότητας με τη μέθοδο LPI

Εικόνα 5: Τοπογραφικό ανάγλυφο της περιοχής μελέτης από SRTM δεδομένα

Identification of active areas of earthquake by thermal remote sensing

Mohammad Ali Nezammahalleha, Abbas Ali Noorib, Hamideh Afsharmaneshb, Zahra Pourhosseinic, Abdolmotalleb Rastegard, Hoda Sadat Seyed Rezaie, Seyed Kazem Alavipanahf a Dept. of Physical Geography, Geography Faculty, University of Tehran, Tehran, Iran mnezammahalleh@ut.ac.ir b Dept. of Geography, Kharazmi University, Tehran, Iran (a_noori_63, afsharmanesh_hamideh)@yahoo.com c Dept. of Geography, Shahreray Islamic Azad University, Tehran, Iran z.hoseini84@yahoo.com d Dept. of Engineering and Technology, Golestan University, Aliabad Katool, Iran amrastegara@yahoo.com e Dept. of Space Research, Space Organization of Iran, Tehran, Iran set_sr@yahoo.com f Dept. of Remote Sensing and GIS, Geography Faculty, University of Tehran, Tehran, Iran salavipa@ut.ac.ir

πηγή: [[1]]

Μετάφραση και Περίληψη

Περίληψη

Στόχος της παρούσας έρευνας είναι να βρούμε τη σχέση μεταξύ των ενεργών περιοχών σεισμού και τις θερμικές ιδιότητες της γήινης επιφάνειας. Χρησιμοποιήθηκαν Landsat ETM+ εικόνες και τα σημεία σεισμού από USGS Διαπιστώθηκε ότι οι περιοχές με υψηλότερες τιμές LST σε μακρά περίοδο έχουν περισσότερη σεισμική δραστηριότητα και επιπλέον οι περιοχές κατά μήκος των μεγάλων ρηγμάτων έχουν υψηλότερες τιμές LST.

Εισαγωγή

Οι επιπτώσεις ενός σεισμού είναι σημαντικές τόσο σε οικονομικό όσο και σε επίπεδο απωλειών ανθρώπινων ζωών. Καθ’ ότι δεν είναι δυνατό να αποτραπεί η εκδήλωση ενός σεισμού, ο μόνος τρόπος προστασίας είναι η άμβλυνση των αρνητικών συνεπειών. Αυτό μπορεί να υλοποιηθεί με την ενίσχυση των δομών και κατάλληλη επιλογή τοποθεσίας για ανθρώπινες κατασκευές με προσδιορισμό των ευάλωτων περιοχών. Σε αυτή την έρευνα σκοπός είναι να προσδιορισθούν οι ενεργές περιοχές εκδήλωσης σεισμού με χρήση της θερμικής τηλεπισκόπησης. Η πίεση πριν από έναν σεισμό μπορεί να εκδηλώνεται από θερμικές ανωμαλίες ή αύξηση της θερμοκρασίας της επιφάνειας της γης (LST). Αυτές οι ανωμαλίες διερευνήθηκαν σε διαφορετικές περιοχές του κόσμου, χρησιμοποιώντας θερμικές και υπέρυθρες εικόνες, αποδίδονται δε στην απελευθέρωση αερίων από σχισμές του εδάφους.

Μεθοδολογία

Έχουν χρησιμοποιηθεί εικόνες Landsat ETM+ στο θερμικό εύρος 10,40 – 12,50 micron με χωρική ανάλυση 60 μέτρων από τα δεδομένα USGS. Για τα δεδομένα του σεισμού χρησιμοποιήθηκε το αρχείο σεισμών από το USGS από το 1973 έως το 2013.

α. Όρια Περιοχής Μελέτης

Η περιοχή μελέτης βρίσκεται σε δύο επαρχίες της Mazandaran και Semnan.

β. Προετοιμασία Δεδομένων

Οι διαστάσεις του θερμικού καναλιού έχουν μετατραπεί σε 30m pixel με τη μέθοδο του πλησιέστερου γείτονα και στη συνέχεια κατά στρώματα στοιβάζονται. Τα σημεία σεισμλων έχουν εισαχθεί στην ArcGIS.

γ. Ανάκτηση LST

Μετατροπή ψηφιακού αριθμού (DN) σε φασματική ακτινοβόληση:

L_λ=(LMAX-LMIN)/(QCALMAX-QCALMIN)*(QCAL-QCALMIN)+LMIN

Όπου QCALMIN είναι η μικρότερη DN(1) και QCALMAX είναι η μεγαλύτερη DN(255), η QCAL είναι DN στο δεδομένο pixel, LMIN και αξίες LMAX έχουν εξαχθεί από κεφαλίδα του αρχείου της εικόνας.

Μετασχηματισμός φασματικής ακτινοβόλησης σε θερμοκρασία:

T_B=K_2/ln⁡〖(K_1/L_λ +1)〗

Όπου ΤΒ είναι η δορυφορική πραγματική θερμοκρασία σε Kelvin, Κ1 είναι η πρώτη σταθερά βαθμονόμησης ίσο με 666 και Κ2 είναι η δεύτερη σταθερά βαθμονόμησης ίση με 1.282 και Lλ είναι η φασματική ακτινοβόληση για το δεδομένο pixel.

Διόρθωση εκπομπής:

Η ανάκτηση της LST είναι αναγκαία για τη διόρθωση του συντελεστή εκπομπής. Η διόρθωση μπορεί να εκτελεστεί μέσω του Κανονικοποιημένου Δείκτη Βλάστησης (NDVI). Τιμές ταξινόμησης NDVI σε γυμνά εδάφη (NDVI <0,2, ɛSoil = 0,97), περιοχές βλάστησης (NDVI> 0.5, ɛVeg = 0,99), και περιοχές με μίγμα βλάστησης και γυμνά εδάφη (0.2≥NDVI≤0.5), ɛMix υπολογίζεται ως κατωτέρω: ε=ε_veg P_v+ε_soil (1-P_v) Όταν Ρv είναι ο συντελεστής βλάστησης που μπορεί να υπολογιστεί από την ακόλουθη σχέση: P_v=((NDVI-〖NDVI〗_min)/(〖NDVI〗_max-〖NDVI〗_min )) Με NDVImin = 0,2 και NDVImax = 0.5. Ο LST υπολογίζεται ως εξής: LST=T_B/(1+(λ*T_B/ρ)ln⁡ε ) Όπου λ είναι το μήκος κύματος της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας (μm), ρ είναι ίσο με 1,438*10-2, και ɛ είναι η εκπομπή.

Υπολογισμός NDVI:

Ο δείκτης υπολογίζεται για το ερυθρό και εγγύς υπέρυθρο φάσμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Για εικόνες ΕΤΜ+ αυτό υπολογίζεται ως εξής:

NDVI=(ρ(band4)-ρ(band3))/(ρ(band4)+ρ(band3) )

Η ανάκλαση λαμβάνεται ως: ρ_P=(π*L_λ*d^2)/(〖ESUN〗_λ*cos⁡〖θ_s 〗 )

Όπου ρ ο συντελεστής ανάκλασης του καναλιού, Lλ είναι η φασματική ακτινοβόληση, d είναι η απόσταση της Γης από τον ήλιο σε αστρονομικές μονάδες, ESUNλ είναι η μέση ηλιακή εξωατμοσφαιρική ακτινοβολία, θ είναι η ζενίθ γωνία του ήλιου.

δ. Σεισμική Παρεμβολή

Kringing είναι μια μέθοδος παρεμβολής που χρησιμοποιεί στατιστικά υποδείγματα. Η παρεμβολή είναι με την παραδοχή ότι τα δεδομένα προέρχονται από σταθερή στοχαστική διαδικασία και είναι κανονικά κατανεμημένα. Η Πολυωνυμική Παρεμβολή (LPI) είναι μια ντετερμινιστική παρεμβολή. Τα σημεία σεισμού από το αρχείο της USGS χρησιμοποιήθηκαν με τη μέθοδο Kringing (OK) και την LPI και εξάγονται ως στρώμα ράστερ.

Αποτελέσματα

Οι περιοχές των περισσότερων τιμών LST μπορούν να παρατηρηθούν κατά μήκος του ρήγματος Khazar στο βόρειο τμήμα της περιοχής, αλλά και κατά μήκος του ρήγματος Alborz Shomali στο κέντρο της περιοχής μελέτης με κατεύθυνση από βορειοανατολικά προς νοτιοδυτικά. Η μέθοδος OK δείχνει υψηλότερη σεισμική δραστηριότητα στις νότιες πλαγιές της οροσειράς Alborz (εικόνα 3). Σύμφωνα με αυτή την απεικόνιση τα νότια και νοτιοανατολικά τμήματα της περιοχής μελέτης έχουν περισσότερη σεισμική δραστηριότητα. Ο χάρτης LPI δείχνει επίσης μια τάση που μειώνονται σε τιμές pixel (Σχ. 4). Η υπέρθεση του ράστερ των μεγαθών του σεισμού και της θερμικής κατάταξης, αποκάλυψε ότι οι περιοχές με υψηλές τιμές θερμικών pixel παρουσιάζουν εντονότερη σεισμική δραστηριότητα. Το τμήμα νοτιοανατολικά της περιοχής, όπως μπορεί να φανεί στις εικόνες 1, 2 και 3, παρουσιάζει υψηλές τιμές τόσο θερμικών συνθηκών όσο και σεισμική δραστηριότητα. Η τάση της θερμότητας και του μεγέθους σεισμού συμπίπτουν με την τοπογραφία της περιοχής από δεδομένα SRTM (Εικόνα 5).

Επίλογος

Τα αποτελέσματα της μελέτης δείχνουν ότι οι περιοχές με υψηλότερες τιμές LST συμπίπτουν με τις περιοχές πιο έντονης σεισμικής δραστηριότητας στην περιοχή μελέτης. Οι συνήθεις μέθοδοι Kringing και Τοπικής Πολυωνυμικής Παρεμβολής έχουν εφαρμοστεί για να παρεμβάλουν το μέγεθος των καταγεγραμμένων σεισμών. Σύμφωνα με αυτές τις παρεμβολές, μπορεί να αναφερθεί ότι οι νοτιοανατολικά τμήματα της περιοχής μελέτης έχουν βιώσει σεισμούς με μεγαλύτερη ένταση σε σχέση με άλλα τμήματα της περιοχής. Τα βόρεια τμήματα έχουν βιώσει χαμηλότερα μεγέθη σεισμού. Ο χάρτης LST αποκάλυψε ότι οι ίδιες περιοχές με υψηλούς σεισμούς μεγέθους έχουν μεγαλύτερη LST σε σχέση με τις γύρω περιοχές τους. Μπορεί να είναι δυνατή η εκτίμηση των σεισμικώς ενεργών περιοχών μέσω του LST.