InSAR形变监测结果在青藏工程走廊适用性分析
编号:624
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更新:2024-04-10 22:12:50 浏览:908次
口头报告
摘要
地表形变作为绝大多数地质灾害的第一表征,是地质灾害孕育发展过程中最直接有效的监测指标之一,通常表现为垂直向位移和水平向位移(东西向和南北向)。多年冻土区由于活动层的冻融循环、多年冻土上限处的融沉以及冻土层的蠕动,会造成地表的大量形变。青藏工程走廊内存在各种基础工程,大范围的地表形变会对工程带来很多不利影响。如青藏公路的路面开裂、路基沉降、路面拥包等。大面积、高效、高精度的地表形变监测方法和结果有利于公路、铁路等冻土工程的运营和维护,同时也可了解潜在的威胁。
InSAR技术为大面积、高精度的地表形变监测提供了可能。由于SAR的全天时、全天候、受云层的干扰少等特性,使得通过InSAR在多年冻土区进行长时间序列的地表形变监测常态化。并取得大量的研究成果。但是受限于技术、InSAR算法和理论、计算机计算力等的限制,对于开展包含整个工程走廊在内的大范围地表形变的监测工作相对较少,并且几乎都是只基于LOS向进行地表形变的研究。由于SAR卫星自身成像的特性,LOS向的地表形变是地表三维真实形变在LOS向上的投影,并不能完全表征地表的真实三维形变,因此在多年冻土区开展InSASR地表形变监测工作,这方面的认识需要加强。
得益于云计算平台的发展,通过对SAR影像进行初步处理,从而避开从SAR原始影像(Raw Level-0)或SLC影像(Single Look Complex,Level-1)进行处理所需的大量工作。这些处理过程能有效降低桌面端处理所带来的大空间硬盘、高CPU计算力计算机的消费,降低了InSAR处理的硬件门槛,极大地推广了InSAR技术在多年冻土区的实际应用。同时,通过利用公开发布的已经处理过的SAR数据可以降低非专家科研工作者对于SAR相关理论知识的刚需,减少因为专业知识带来的困扰。
基于上述背景,本研究首先采用COMET (The Centre for Observation and Modelling of Earthquakes,https://comet.nerc.ac.uk/)提供的LiCSAR产品,通过LiCSBAS工具包处理覆盖整个研究区的干涉对数据,从而获取研究区2015-2022的地表形变数据,结果包含升、降轨LOS向的时序累积形变量和形变速率。然后通过对比本研究结果与之前相关研究成果数据产品以验证所获得结果的精度。最后对比分析升、降轨LOS向形变数据特征和差异性。结果表明:
(1)工程走廊范围内LOS向升轨数据从2015年8月至2022年3月的形变速率集中分布在-26.511 mm/yr 至18.367 mm/yr之间,累积形变量集中分布在-178.08 mm至147.462 mm之间,整体表现为抬升,但沉降区域沉降量较大。降轨LOS向形变速度集中分布在-26.029 mm/yr — 24.251 mm/yr,累积形变量在-187.817 mm至145.823 mm之间,整体表现为沉降。
(2)所使用的SAR数据的平均相干系数除去在湖泊周边区域外,其他区域几乎在0.2以上,这能为通过LiCSAR产品进行多年冻土区大面积地表形变反演获取可靠的结果提供了前提条件。形变速率的标准差统计分析结果表明基于线性模型进行地表形变反演的可行性,速率标准差在大多数区域不超过0.5 mm/yr,只有基于升轨数据获得的结果有部分区域到达1.0 mm/yr,降轨结果比升轨结果整体表现优秀。与已有结果进行对比发现它们具有高度一致性,本研究所采用的数据处理方法获取的结果可靠,但在计算形变幅度时需要注意所使用的算法及时间周期大小的差异。
(3)工程走廊范围内有大范围的区域存在较大的水平位移,占总面积的47.16%,对于这些区域,只使用单一LOS向升轨或降轨形变结果来描述地表形变类型为沉降或隆升是不正确的。单一升、降轨形变结果在一定程度上能有效地表征地表位移的区域仅占总面积的52.84%,其中包括以垂直沉降、隆升为主的区域分别占27.57%和25.27%。因此当利用InSAR技术进行工程走廊地表形变监测时,有必要联合多源数据或升降、轨数据开展三维或二维形变的解算工作。
关键词
多年冻土,青藏高原,InSAR,大数据,冻融过程
稿件作者
杜青松
中国科学院西北生态环境资源研究院
李国玉
中国科学院西北生态环境资源研究院
陈敦
中国科学院西北高原生物研究所
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