Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 4. С. 133-146
Опыт применения метода дифференциальной интерферометрии для определения смещений земной поверхности в Узон-Гейзерной вулкано-тектонической депрессии по данным Sentinel-1A за 2017–2022 годы
В.Ю. Ширшова
1, 2 , Е.А. Балдина
1, 3 , Е.В. Лебедева
3 1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия
2 Научный центр оперативного мониторинга Земли, Москва, Россия
3 Институт географии РАН, Москва, Россия
Одобрена к печати: 04.07.2023
DOI: 10.21046/2070-7401-2023-20-4-133-146
Вулканически и сейсмически активные регионы нередко испытывают значительные изменения рельефа как эндогенной, так и экзогенной природы, что делает актуальным мониторинг земной поверхности в таких районах. Обнаружение поднятий и опусканий возможно дистанционно применением метода дифференциальной интерферометрии. Несмотря на то, что метод уже уверенно себя зарекомендовал в решении ряда задач наук о Земле, разработка вопросов его применения на труднодоступных для регулярного мониторинга территориях не теряет актуальности. В настоящей работе мы провели эксперимент по определению смещений в Узон-Гейзерной вулкано-тектонической депрессии по недавним радиолокационным съёмкам Sentinel-1A, руководствуясь схожим опытом, полученным почти 20 лет назад по данным Radarsat-1. Особое внимание уделено вопросам выбора данных с учётом особенностей местности, параметров съёмки и погодных условий во время её выполнения, которые оказывают влияние на конечный результат. По 25 снимкам было сформировано 260 интерферограмм и столько же изображений когерентности, охватывающих временной интервал с 2017 по 2022 г. Анализ метеорологических данных на моменты съёмок и оценка состояния местности сократили число пригодных для обработки интерферометрических пар до 15. Сформулированные в процессе работы критерии выбора оптимальных условий съёмки этого района для определения многолетних смещений земной поверхности по паре снимков определили выбор одной пары изображений — за 18.08.2017 и 04.08.2022. По результатам обработки этой пары были зафиксированы опускания и поднятия в разных областях изучаемой территории от –15 до +7 см.
Ключевые слова: дифференциальная интерферометрия, Sentinel-1, Камчатка, метеоданные, Узон-Гейзерная вулкано-тектоническая депрессия
Полный текстСписок литературы:
- Атлас долины реки Гейзерной в Кроноцком заповеднике / ред. Завадская А. В. М.: Красанд, 2015. 88 c.
- Бадак Л. А., Костюк Е. А., Ширшова В. Ю., Захаров А. И. Методические рекомендации по проведению радиолокационной интерферометрической съемки с целью формирования цифровой модели рельефа земной поверхности // 10-я Всерос. научно-техн. конф. «Актуальные проблемы ракетно-космического приборостроения и информационных технологий»: сб. тр. М.: АО «Российские космические системы», 2021. С. 139–147.
- Белоусов В. И., Гриб Е. Н., Леонов В. Л. Геологические позиции гидротермальных систем Долины Гейзеров и кальдеры Узон // Вулканология и сейсмология. 1983. № 1. С. 65–79.
- Верба В. С., Неронский Л. Б., Осипов И. Г., Турук В. Э. Радиолокационные системы землеобзора космического базирования. М.: Радиотехника, 2010. 680 с.
- Добрынин И. И., Песяк Ф. В., Савин А. И., Севастьянов Н. Н. Измерение смещений земной поверхности методом радиолокационной интерферометрии с применением уголковых отражателей радиосигнала // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 5. С. 113–121. DOI: 10.21046/2070-7401-2017-14-5-113-121.
- Добрынин И. И., Савин А. И., Севастьянов Н. Н. Исследование факторов, влияющих на точность измерения смещений методом радарной интерферометрии с использованием уголковых отражателей // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 3. С. 29–38. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-3-29-36.
- Захаров А. И., Яковлев О. И., Смирнов В. М. Спутниковый мониторинг Земли: Радиолокационное зондирование поверхности. 3-е изд. М.: URSS, 2012. 248 с.
- Захаров А. И., Захарова Л. Н., Михайлюкова П. Г. Влияние атмосферы в исследованиях динамики рельефа Толбачинского дола методами радарной интерферометрии // Тр. 7-х Всерос. Армандовских чтений. М: Полигр. центр МИ ВлГУ, 2017. С. 68–73.
- Захаров А. И., Захарова Л. Н., Синило В. П., Денисов П. В. Влияние атмосферы на исследования пересеченного рельефа методами радарной интерферометрии // Журн. радиоэлектроники. 2023. № 2. С. 1684–1719. DOI: 10.30898/1684-1719.2023.2.6.
- Кугаенко Ю. А., Леонов В. Л. К динамической модели магматического очага под Узон-Гейзерной депрессией // Волынцовские чтения. 2018. С. 22–23.
- Кугаенко Ю. А., Салтыков В. А., Коновалова А. А. Локальная сейсмичность района Долины гейзеров по данным полевых наблюдений 2008–2009 гг. // Вестн. Камчатской регион. ассоциации «Учебно-науч. центр». Сер.: Науки о Земле. 2010. № 1. Вып. 15. С. 90–99.
- Кугаенко Ю. А., Салтыков В. А., Горбатиков А. В., Степанова М. Ю. Развитие модели района Узон-Гейзерной вулкано-тектонической депрессии и вулкана Кихпиныч (Камчатка) по результатам совместного анализа данных микросейсмического зондирования и локальной геодинамической активности // Физика Земли. 2015. № 3. С. 89–101. DOI: 10.7868/S0002333715030096.
- Лебедева Е. В., Балдина Е. А., Медведев А. А. Склоновые процессы в долине р. Гейзерной (Камчатка): результаты дешифрирования разновременных космических снимков высокого пространственного разрешения // Геоморфология. 2022. Т. 53. № 4. С. 3–16. DOI: 10.31857/S0435428122040095.
- Ширшова В. Ю. Физико-географическая характеристика территории как основной фактор выбора параметров интерферометрической пары // Региональные проблемы дистанционного зондирования Земли: материалы 9-й Междунар. науч. конф. Красноярск: Сибирский федер. ун-т, 2022. С. 81–83.
- Bamler R., Hartl P. Synthetic aperture radar interferometry // Inverse Problems. 1998. V. 14. No. 4. P. R1–R54.
- Cigna F., Osmanoğlu B., Cabral-Cano E. et al. Monitoring land subsidence and its induced geological hazard with Synthetic Aperture Radar Interferometry: A case study in Morelia, Mexico // Remote Sensing of Environment. 2012. V. 117. P. 146–161. DOI: 10.1016/j.rse.2011.09.005.
- Ferretti A., Massonet D., Monti Guarnieri A., Prati C., Rocca F. InSAR principles-guidelines for SAR interferometry processing and interpretation. ESA Publications, 2007. V. 19. 40 p.
- Goldstein R. M., Werner C. L. Radar interferogram filtering for geophysical applications // Geophysical Research Letters. 1998. V. 25. No. 21. P. 4035–4038. DOI: 10.1029/1998GL900033.
- Gupta R. P. Remote sensing geology. Springer, 2017. 427 p.
- Hanssen R. F. Radar interferometry: data interpretation and error analysis. Springer Science and Business Media, 2001. V. 2. 318 p. DOI: 10.1007/0-306-47633-9.
- Hooper A., Segall P., Zebker H. Persistent scatterer interferometric synthetic aperture radar for crustal deformation analysis, with application to Volcán Alcedo, Galápagos // J. Geophysical Research: Solid Earth. 2007. V. 112. No. B7. DOI: 10.1029/2006JB004763.
- Kiryukhin A. V., Rychkova T. V., Dubrovskaya I. K. Formation of the hydrothermal system in Geysers Valley (Kronotsky Nature Reserve, Kamchatka) and triggers of the Giant Landslide // Applied Geochemistry. 2012. V. 27. P. 1753–1766. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2012.02.011.
- Lanari R., Berardino P., Bonano M. et al. Surface displacements associated with the L’Aquila 2009 Mw 6.3 earthquake (central Italy): New evidence from SBAS‐DInSAR time series analysis // Geophysical Research Letters. 2010. V. 37. No. 20. P. 1–6. DOI: 10.1029/2010GL044780.
- Lundgren P., Lu Z. Inflation model of Uzon caldera, Kamchatka, constrained by satellite radar interferometry observations // Geophysical Research Letters. 2006. V. 33. No. 6. DOI: 10.1029/2005GL025181.
- Lundgren P., Girona T., Bato M. G. et al. The dynamics of large silicic systems from satellite remote sensing observations: The intriguing case of Domuyo volcano, Argentina // Scientific Reports. 2020. V. 10. No. 1. P. 1–15. DOI: 10.1007/s00445-021-01457-0.
- Massom R., Lubin D. Polar remote sensing. Chichester: Springer, 2006. V. 2. 262 p.
- Pepe A., Calò F. A review of interferometric synthetic aperture RADAR (InSAR) multi-track approaches for the retrieval of Earth’s surface displacements // Applied Sciences. 2017. V. 7. No. 12. Article 1264. 39 p. DOI: 10.3390/app7121264.
- Rosen P. A., Hensley S., Chen C. Measurement and mitigation of the ionosphere in L-band interferometric SAR data // 2010 IEEE Radar Conf. IEEE, 2010. P. 1459–1463. DOI: 10.1109/RADAR.2010.5494385.
- Sandwell D. T., Myer D., Mellors R. et al. Accuracy and resolution of ALOS interferometry: Vector deformation maps of the Father’s Day intrusion at Kilauea // EEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2008. V. 6. No. 1. P. 524–3534. DOI: 10.1109/TGRS.2008.2000634.
- Velez M. L., Euillades P., Caselli A., Blanco M., Díaz J. M. Deformation of Copahue volcano: inversion of InSAR data using a genetic algorithm // J. Volcanology and Geothermal Research. 2011. V. 202. No. 1–2. P. 17–126. DOI: 10.1016/j.jvolgeores.2011.01.012.
- Zelenin E., Kozhurin A., Ponomareva V., Portnyagin M. Tephrochronological dating of paleoearthquakes in active volcanic arcs: A case of the Eastern Volcanic Front on the Kamchatka Peninsula (northwest Pacific) // J. Quaternary Science. 2020. V. 35. P. 49–361. DOI: 10.1002/jqs.3145.