Применение данных Sentinel-1 для выявления вертикальных смещений в районе Узон-Гейзерной вулкано-тектонической депрессии за 2015-2024 годы

Мониторинг изменений высоты земной поверхности имеет большое значение для понимания поведения вулканических и геотермальных систем и оценки потенциальных опасностей (Fernandez et al., 2017). Для изучения отдаленных районов, где затруднены наземные измерения, особое значение имеет метод радиолокационной спутниковой интерферометрии. Тем не менее, качество продуктов интерферометрической обработки может существенно снижаться, так как радиолокационный сигнал подвергается воздействию множества факторов (Захаров и др., 2012; Benedikter et al., 2023; Hopfield, 1971; Westerhoff, Steyn-Ross, 2020; Zwieback, Hajnsek, 2016), и такие результаты сложнее корректно интерпретировать. Особенно остро это проявляется при ограниченности исходных данных, а также невозможности автоматизированно проводить обработку методами, требующими больших массивов радиолокационных данных в целях минимизации ошибки (такими как метод малых базовых линий). Ввиду этого для получения более надежного результата перед использованием данных необходимо уделить внимание их отбору и оценке особенностей местности в моменты съемки.
В работе продолжается исследование потенциальных смещений земной поверхности методом радиолокационной дифференциальной интерферометрии в Узон-Гейзерной вулкано-тектонической депрессии, которая ранее изучалась с использованием данного метода (Ширшова и др., 2023; Ширяев и др., 2024; Lundgren, Lu, 2006). Также в работе оцениваются возможности отбора радиолокационных данных с целью повышения качества интерферометрической обработки без непосредственной работы с самими данными. В исследовании были использованы данные аппарата Sentinel-1A за период с 2015 по 2024 год с восходящего и нисходящего полувитков. Для дальнейшего анализа с помощью библиотеки PyGMTSAR были получены растры когерентности всех возможных интерферометрических пар с временной базой от одного года – всего более 4500 пар с обоих полувитков, из которых 1023 c временной базой в один год. Далее проводился анализ влияния на когерентность факторов среды через определенные величины. Для этого были использованы данные реанализа ERA5, а также продукты MOD10A1 и MOD13A2 на основе данных со съемочной системы MODIS. Анализ проводился на выборке, где было исключено влияние пространственной декорреляции путем ограничения длины интерферометрической базы, а также была взята единая временная база в один год. Было установлено, что на данной местности прослеживается связь когерентности со снежным покровом, описанным величиной альбедо земной поверхности, объемом вегетирующей биомассы, описанным NDVI, температурой поверхности почвы и содержанием влаги в почве. Впоследствии для расчета смещений было решено сформировать два набора. В первый были определены пары с лучшими значениями когерентности (то есть методом малых базовых линий). Пары во второй набор были определены в два этапа: сначала отдельные снимки были исключены по порогу величины альбедо и количества осадков за час до съемки. Далее для оставшихся пар был рассчитан интегральный индекс, основанный на разнице значений альбедо, NDVI, температуры поверхности почвы и содержания влаги в почве, после чего были выбраны по две пары с наименьшими значениями коэффициента (то есть наибольшей схожестью состояния местности). Так коэффициент корреляции Спирмена полученных значений индекса и когерентности составляет 0.5, а когерентность отобранных вторым способом пар в среднем лучше 76% остальных пар за аналогичные сроки.
Полученные величины смещений по парам из двух составленных наборов, а также с обоих полувитков, согласуются друг с другом, что также подтверждает эффективность отбора интерферометрических пар через анализ состояния местности. По результатам интерферометрической обработки был выявлен эпицентр основных вертикальных движений в районе экструзии Гейзерной. Смещения в проекции наклонной дальности были пересчитаны в смещения по вертикали. За наблюдаемый период произошла серия чередующихся поднятий и опусканий: понижение на 2 см с 2016 по 2020 год, далее повышение на 1.5 см к 2021 году, после чего с 2021 по 2023 значительных изменений не произошло, а впоследствии в период с 2023 по 2024 год произошло новое поднятие на 2 см. Такие результаты говорят о необходимости продолжения мониторинга территории для выявления потенциальных вертикальных движений земной поверхности в будущем.