Применение глобальной погодной модели HRES (GACOS) для коррекции атмосферных помех в интерферометрических оценках полей смещений на примере вулканов Камчатки

Одной из областей широкого применения методов спутникового дистанционного зондирования Земли является мониторинг и изучение вулканических и сейсмоопасных районов, из которых к числу наиболее активных относится Курило-Камчатская зона субдукции. Эффективным методом изучения вулканических событий является спутниковая радиолокационная интерферометрия, позволяющая фиксировать различные подвижки земной поверхности, в частности, обвалы, оползни, деформации склонов вулканов, связанные как с экзогенными, так и с эндогенными процессами. В отличие от оптической съёмки, съемка, выполненная спутниковыми радарами с синтезированной апертурой (РСА), эффективна практически при любых погодных условиях. Однако, чтобы выделить полезный сигнал - компоненту смещений, необходимо устранить различного рода шумы и помехи, среди которых наибольшие проблемы создают фазовые задержки, связанные с влиянием атмосферы.
В работе исследуется актуальная проблема устранения фазовых атмосферных задержек при расчёте полей смещений по спутниковым радиолокационным снимкам территории п-ова Камчатка методом дифференциальной интерферометрии (DInSAR). Выполнено тестирование модели атмосферной поправки GACOS (Generic Atmospheric Correction Online Service) (Yu et al., 2017a, 2017b, 2018) для коррекции полей смещений, полученных по снимкам спутника Сентинель-1А вулканических районов северной, центральной и южной Камчатки (вулканы Толбачик, Мутновский-Горелый, Карымский вулканический центр, Авачинско-Корякская группа вулканов).
По статистическим оценкам положительный эффект (т.е. снижение дисперсии и корреляции «фаза-топография» ниже 0.3) от введения атмосферной поправки, основанной на погодной модели HRES (GACOS), получен в 63.3% случаев. Однако, несмотря на то, что в этих случаях атмосферная поправка достаточно эффективно учитывает компоненту, зависящую от рельефа местности, на некоторых интерферограммах частично сохраняются ошибки, связанные со стратификацией и на всех интерферограммах сохраняются компоненты, связанные с турбулентностью атмосферы, которые могут маскировать деформационную составляющую.
В некоторых случаях вычитание атмосферной поправки вносит в поле смещений пространственный тренд. Поэтому, после коррекции поля смещений, иногда возникает необходимость вычесть пространственный тренд и/или добавить константу к результирующему полю смещений.
В целом, при проведении работ в различных районах п-ова Камчатка, максимальная стандартная ошибка в скорректированных полях смещений уменьшилась с 0.022 до 0.011 м. Учитывая экстремальные для РСА интерферометрии условия Камчатского региона (резкая смена погодных условий, расчлененный рельеф, низкое отношение сигнал/шум в интерферограммах) рекомендуется использовать предложенные в работе статистические критерии и при статистически положительном эффекте, несмотря на остаточные шумы, применять атмосферную коррекцию с помощью погодной модели HRES (GACOS) для полей смещений, полученных на территории п-ова Камчатка.
Авторы благодарят Европейское космическое агентство (ESA) за снимки спутника Sentinel-1A.
Исследование выполнено за счёт гранта Российского научного фонда № 23-17-00064, https://rscf.ru/project/23-17-00064/