Gepubliceerd op 23 februari 2021
Het vruchtbare land aan de voet van vulkanen heeft altijd al mensen aangetrokken, ondanks de gevaren van uitbarstingen. In 2015 werd geschat dat meer dan 1 miljard mensen binnen een straal van 100 km rond een actieve vulkaan woonden en daarom mogelijk blootgesteld waren aan vulkanisch risico. Er wordt aangenomen dat bijna 60 miljoen mensen binnen een mogelijke evacuatieradius (10 km) leven.
Om deze populaties te beschermen, is het van cruciaal belang om vulkanen te modelleren en mogelijke waarschuwingssignalen zo vroeg mogelijk op te sporen om te anticiperen op destructieve gebeurtenissen en alle nodige preventieve maatregelen te nemen.
Vervormingen worden gemonitord
Dit impliceert dat zeer nauwkeurige metingen moeten worden verricht van topografische veranderingen die worden veroorzaakt door bodemvervormingen. De uitdaging voor onderzoekers is: hoe krijg je continue en betrouwbare lokale metingen in zo'n wild variërende topografie?
Interferometrische fase berekend op basis van twee acquisities boven de Copahue-vulkaan (15-26/12/2014)
Synthetic Aperture Radar-interferometrie (InSAR) verkregen uit satellietgegevens wordt al lang gebruikt voor topografische of relatieve verplaatsingsmetingen, maar het verkrijgen van continue metingen over de hele scène is nog steeds een uitdaging.
Algemeen principe van InSAREen radarsatellietbeeld biedt twee soorten informatie voor elke pixel: amplitude en fase. De amplitude kenmerkt het reflectievermogen van het afgebeelde oppervlak en de fase kenmerkt de vibratietoestand van de golf bij terugkeer naar de sensor, een toestand die gedeeltelijk afhangt van de heen-en-weer reistijd van de golf. Wanneer een doelwit tweemaal wordt opgemeten met een korte tussenperiode, is het mogelijk om een eventuele relatieve verplaatsing van het doelwit te bepalen door het faseverschil tussen de twee beelden te evalueren die onder vergelijkbare omstandigheden zijn verkregen. |
Banden opsplitsen om beter te kunnen zien
Deels in het kader van voormalig STEREO-project Vi-X heeft het Centre Spatial de Liège (CSL) een nieuwe techniek ontwikkeld die absolute hoogte- en verplaatsingsmetingen op performante wijze kan uitvoeren. Deze techniek, genaamd Split Band Interferometry (SBInSAR), maakt het mogelijk om nauwkeuriger resultaten te verkrijgen dankzij een proces van sub-banding van de (relatief brede) spectrale band van SAR-satellietsensoren. Dit proces, ook wel Multi Chromatic Analysis (MCA) genoemd, valt te vergelijken met het uitvoeren van een spectrale analyse van SAR-beelden.
Interferogram en “Split-Band” -fase op de Nyiragongo-vulkaan (TanDEM-X data 07/21/2012): detailbeeld van de krater.
Van Goma tot de Andes Cordillera
Doel van het STEREO III-project MUZUBI was om voordelen, beperkingen en toepasbaarheid van de methode te beoordelen en te kwantificeren voor de beschikbare SAR-sensoren. Het team, bestaande uit onderzoekers van de CSL, het Koninklijk Museum voor Midden-Afrika (MRAC) en het Nationaal Natuurhistorisch Museum van Luxemburg en het Europees Centrum voor Geodynamica en Seismologie (MNHN/ECGS), deed dit door de techniek toe te passen op twee actieve vulkanische gebieden: het gebied van de Nyiragongo en Nyamulagira vulkanen in de Democratische Republiek Congo en de Copahue-vulkaan in de Andes Cordillera op de grens tussen Argentinië en Chili. De methode werd aangepast aan specifieke gegevens van de Duitse constellatie van tweeling-satellieten TanDEM-X.
Het onderzoeksteam voerde daartoe een gedetailleerde studie uit van de grenzen van de methode door verschillende sensoren met verschillende frequentiebandbreedtes en acquisitiemodi onderling te vergelijken (Sentinel-1, Cosmo-SkyMed, TerraSAR-X en Tandem-X), en verschillende soorten doelen ( de stad Keulen, de Uluru-monoliet in Australië, de vulkanen Nyamulagira en Copahue en de Virunga-regio).
Bemoedigende resultaten
De verkregen resultaten maakten het mogelijk om de toegevoegde waarde van de SBInSAR-techniek aan te tonen wanneer deze wordt gecombineerd met conventionele technieken om metingen van absolute hoogte en grondverplaatsingen te verkrijgen. Meer specifiek toonden deze resultaten hoe performant deze methode is voor de verwachte opvolger van TANDEM-X, het High Resolution Wide Swath (HRWS) SAR-systeem.
Krater en lavameer
Tegelijkertijd gebruikten onderzoekers van de MRAC en ECGS andere methoden, geïnitieerd in het kader van STEREO-project RESIST: SAR-schaduwen, UAV-fotogrammetrie en Multidimensionale Small Baseline Subset (MSBAS). Dankzij deze methoden konden ze veranderingen in het niveau van het lavameer en morfologische veranderingen van de krater van de Nyiragongo-vulkaan beoordelen en te meten, inclusief de snelle stijging van de bodem.
Bodemvervorming gemeten met de MSBAS-methode [Samsonov en Oreye 2012; 2017] voor een pixel op de bodem van de Nyiragongo-krater (Radarsat-gegevens). Onderaan: snelheid in de richting van de zichtlijn, bovenop het amplitudebeeld.
Meer informatie
STEREO-project MUZUBI (MUlti Zone phase Unwrapping using advanced Split Band Interferometry)
STEREO- project RESIST (REmote Sensing and In Situ detection and Tracking of geohazards)
STEREO-project Vi-X (Study and monitoring of Virunga volcanoes using Tandem-X)