Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 2. С. 85-98
Районирование Толбачинского дола на основе значений интерферометрической когерентности радиолокационных сигналов
П.Г. Михайлюкова
1 , А.И. Захаров
2 , Л.Н. Захарова
2 1 Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, Москва, Россия
2 Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН, Фрязинский филиал, Фрязино, Московская обл., Россия
Одобрена к печати: 26.02.2020
DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-2-85-98
В работе представлены результаты районирования Толбачинского дола (Камчатка, Россия) на основе значений интерферометрической когерентности. Толбачинский дол относится к вулканически активным районам России. Последнее извержение, которое не было спрогнозировано заблаговременно, произошло в 2012–2013 гг. Поскольку лавовый поток ― наиболее сильно отражающий радиолокационный сигнал объект в вулканическом районе, он представляет собой основу для мониторинга деформации вулканической постройки. Для выявления таких стабильных зон использовались значения когерентности, рассчитываемые в ходе интерферометрической обработки радиолокационных данных. В качестве исходных данных использовалась информация, полученная радиолокаторами С-диапазона (Sentinel-1, Radarsat-2) и L-диапазона (ALOS-2) в течение периода 2013–2016 гг. Было сформировано по три интерферометрические пары на разные сезоны по снимкам, полученным каждым радиолокатором. Значения интерферометрической когерентности вычислялись в программных пакетах Sarproz и Sarscape. На основе полученных значений когерентности были построены интегральные карты, характеризующие Толбачинский дол с точки зрения сезонной стабильности отражательных свойств лавовых покровов. Установлено, что самые стабильные объекты дола ― лавы двух последних извержений (1975–1976 и 2012–2013 гг.). Для них практически в любое время года характерны максимальные значения когерентности (>0,8). Лавы I и II этапов вулканизма имеют гораздо более низкие значения когерентности: 0,3–0,4 по данным радиолокатора C-диапазона и около 0,6 по данным радиолокатора L-диапазона.
Ключевые слова: Толбачинский дол, лавовые покровы, интерферометрия, когерентность
Полный текстСписок литературы:
- Большое трещинное Толбачинское извержение (1975–1976 гг., Камчатка). М.: Наука, 1984. 637 с.
- Виноградова Н. С., Сосновский А. В. Использование карт когерентности для повышения точности интерферограмм при обработке данных радиолокаторов с синтезированной апертурой // Ural Radio Engineering J. 2018. Т. 2. № 1. С. 67–80.
- Гордеев Е. И., Муравьев Я. Д., Самойленко С. Б., Волынец А. О., Мельников Д. В., Двигало В. Н. Трещинное Толбачинское извержение в 2012–2013 гг. Первые результаты // Докл. Акад. наук. 2013. Т. 452. № 5. С. 562–566.
- Денисов П. В., Захаров А. И., Мартьянов А. С., Трошко К. А. Исследование интерферометрической когерентности в зависимости от интервала между радарными съемками на примере данных Х-диапазона // Материалы 2-й Всероссийской науч. конф. «Современные проблемы дистанционного зондирования, радиолокации, распространения и дифракции волн». Муром, 2018. 2018. С. 246–251.
- Захаров А. И., Яковлев О. И., Смирнов В. М. Спутниковый мониторинг Земли: Радиолокационное зондирование поверхности. М.: Изд-во «Красанд», 2012. 248 с.
- Boccardo P., Gentile V., Tonolo F. G., Grandoni D., Vassileva M. Multitemporal SAR coherence analysis: lava flow monitoring case study // IEEE Intern. Geoscience and Remote Sensing Symp. (IGARSS): Proc. 2015. P. 2699–2702.
- Carn S. A. Application of synthetic aperture radar (SAR) imagery to volcano mapping in the humid tropics: a case study in East Java, Indonesia // Bull. Volcanology. 1999. No. 61. P. 92–105.
- Cayol V., Cornet Fr. H. Effects of topography on the interpretation of the deformation field of prominent volcanoes-Application to Etna // Geophysical Research Letters. 1998. V. 25. No. 11. P. 1979–1982.
- Churikova T. G., Gordeychik B. N., Edwards B. R., Ponomareva V. V., Zelenin E. A. (2015a) The Tolbachik volcanic massif: A review of the petrology, volcanology and eruption history prior to the 2012–2013 eruption // J. Volcanology and Geothermal Research. 2015. V. 307. P. 3–21.
- Churikova T. G., Gordeychik B. N., Iwamori H., Nakamura H., Ishizuka O., Nishizawa T., Haraguchi S., Miyazaki T., Vaglarov B. S. (2015b) Petrological and geochemical evolution of the Tolbachik volcanic massif, Kamchatka, Russia // J. Volcanology and Geothermal Research. 2015. V. 307. P. 156–181.
- Dietterich H. R., Poland M. P., Schmidt D. A., Cashman K. V., Sherrod D. R., Espinosa A. T. Tracking lava flow emplacement on the east rift zone of Kilauea, Hawai’i, with synthetic aperture radar coherence // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2012. V. 13. No. 5. P. 1–17.
- Gaddis L., Mouginis-Mark P., Singer R., Kaupp V. Geologic analyses of Shuttle Imaging Radar (SIR-B) data of Kilauea Volcano, Hawaii // Geological Soc. America Bull. 1989. V. 101. P. 317–332.
- Jiang Z., Huete A. R., Chen J., Chen Y., Li J., Yan G., Zhang X. Analysis of NDVI and scaled difference vegetation index retrievals of vegetation fraction // Remote Sensing of Environment. 2006. V. 101. No. 3. P. 366–378.
- Lundgren P., Casu F., Manzo M., Pepe A., Berardino P., Sansosti E., Lanari R. Gravity and magma induced spreading of Mount Etna volcano revealed by satellite radar interferometry // Geophysical Research Letters. 2004. V. 31. P. 4.
- Lyon J. G., Yuan D., Lunetta R. S., Elvidge C. H. A change detection experiment using vegetation indices // Photogrammetric Engineering and Remote Sensing. 1998. V. 64. No. 2. P. 143–150.
- McAlpin D., Meyer F. J. Multi-sensor data fusion for remote sensing of post-eruptive deformation and depositional features at Redoubt Volcano // J. Volcanology and Geothermal Research. 2013. V. 259. P. 441–423.
- Nahar S. S., Mahmud A. SAR Observation for the Surface Displacements at Mt. Etna between 2003 and 2007 // Intern. J. Geosciences. 2015. V. 6. P. 159–171.
- Ormsby J. P., Choudhury B. J., Owe M. Vegetation spatial variability and its effect on vegetation indices // Intern. J. Remote Sensing. 1987. V. 8. No. 9. P. 1301–1306.
- Pallister J. S., Schneider D. J., Griswold J. P., Keeler R. H., Burton W. C., Noyles Ch., Newhall Ch. G., Ratdomopurbo A. Merapi 2010 eruption ― Chronology and extrusion rates monitored with satellite radar and used in eruption forecasting // J. Volcanology and Geothermal Research. 2013. V. 261. P. 144–152.
- Pinel V., Poland M. P., Hooper A. Volcanology: Lessons learned from Synthetic Aperture Radar imagery // J. Volcanology and Geothermal Research. 2014. V. 289. P. 81–113.
- Poland M. P. Time-averaged discharge rate of subaerial lava at Kilauea Volcano, Hawai’i, measured from TanDEM-X Interferometry: Implications for magma supply and storage during 2011–2013 // J. Geophysical Research. Solid Earth. 2014. V. 119. P. 5464–5481.
- Rowland S. K., Harris A. J. L., Wooster M. J., Amelung F., Garbeil H., Wilson L., Mouginis-Mark J. P. Volumetric characteristics of lava flows from interferometric radar and multispectral satellite data: the 1995 Fernandina and 1998 Cerro Azul eruptions in the western Galpagos // Bull. Volcanology. 2003. V. 65. P. 311–330.
- Smets B., Christelle W., d’Oreye N. A new map of the lava flow field of Nyamulagira (D. R. Congo) from satellite imagery // J. African Earth Sciences. 2010. V. 58. P. 778–786.
- Stevens N. F., Wadge G., Williams C. A., Morley J. G., Muller J.-P., Murray J. B., Upton M. Surface movements of emplaced lava flows measured by synthetic aperture radar interferometry // J. Geophysical Research. Solid Earth. 2001. V. 106. No. B6. P. 11293–11313.
- Wadge G., Cole P., Stinton A., Komorowski J.-C., Stewart R., Toombs A. C., Legendre Y. Rapid topographic change measured by high-resolution satellite radar at Soufriere Hills Volcano, Montserrat, 2008–2010 // J. Volcanology and Geothermal Research. 2011. V. 199. P. 142–152.
- Wegmuller U., Santoro M., Werner C., Cartus O. On the estimation and interpretation of Sentinel-1 TOPS InSAR coherence // Advances in the Science and Applications of SAR Interferometry and Sentinel-1 InSAR Workshop. 2015. P. 89–93.
- Yang X., Tu S., Bai Y., Yang W. Fusion of intensity/coherent information using region covariance features for unsupervised classification of SAR imagery // Intern. Geoscience and Remote Sensing Symp. (IGARSS): Proc. 2016. P. 941–944.