NASA совместно с Центром спутниковых данных Аляски в Фэрбенксе создаёт мощный веб-инструмент, который покажет движение земной поверхности в Северной Америке с точностью до дюйма. Онлайн-портал и лежащий в его основе набор данных открывают доступ к множеству спутниковых радиолокационных измерений, которые могут помочь любому определить, где и насколько может перемещаться земля под ногами — будь то из-за землетрясений, вулканов, оползней или добычи подземных природных ресурсов, таких как подземные воды.
Проект реализуется в рамках программы NASA Observational Products for End-Users from Remote Sensing Analysis (OPERA) в Лаборатории реактивного движения в Южной Калифорнии. Он основан на измерениях с помощью космических радаров с синтетической апертурой (SAR) и позволяет получать данные высокого разрешения о движении поверхности Земли.
Например, бюро по управлению водными ресурсами и государственные геологические службы смогут напрямую использовать продукты OPERA без необходимости вкладывать большие средства в хранение данных, разработку программного обеспечения и вычислительные мощности.
Для создания продукта о смещении команда OPERA непрерывно собирает данные со спутников Sentinel-1 Европейского космического агентства (ESA), первый из которых был запущен в 2014 году. Данные с космического аппарата NISAR, миссии NASA-ISRO (Индийской организации космических исследований), будут добавлены после запуска этого космического аппарата в этом году.
Как работают спутниковые радары
Спутниковые радары работают путём излучения микроволновых импульсов на поверхность Земли. Сигналы рассеиваются, когда они достигают поверхности земли и воды, зданий и других объектов. Необработанные данные состоят из силы и временной задержки сигналов, которые отражаются обратно к датчику.
Чтобы понять, как движется земля в определённой области, алгоритмы OPERA автоматизируют шаги в кропотливом процессе. Без OPERA исследователь сначала загружал бы сотни или тысячи файлов данных, каждый из которых представлял собой проход радара над интересующей точкой, затем проверял бы, чтобы данные были географически выровнены во времени и имели точные координаты.
Затем они использовали бы вычислительно ёмкую технику, называемую радиолокационной интерферометрией, чтобы определить, насколько земля переместилась, если вообще, и в каком направлении — по направлению к спутнику, что указывало бы на подъём земли, или от спутника, что означало бы её опускание.
«Проект OPERA помог сделать эту возможность доступной для масс, сделав её более доступной для государственных и федеральных агентств, а также для пользователей, которым интересно, что происходит вокруг их дома», — сказал Франц Мейер, главный научный сотрудник Центра спутниковых данных Аляски, входящего в состав Геофизического института Университета Аляски в Фэрбенксе.
Тонущая земля — главный приоритет для Департамента водных ресурсов Аризоны
С 1950-х по 1980-е годы это была основная форма движения грунта, которую наблюдали чиновники, поскольку откачка подземных вод увеличилась наряду с ростом населения штата и сельскохозяйственной промышленности. В 1980 году штат принял Закон об управлении подземными водами, который снизил его зависимость от подземных вод в густонаселённых районах и включил требования по мониторингу их использования.
Департамент начал измерять это опускание, называемое оседанием, с помощью радиолокационных данных различных спутников в начале 2000-х годов, используя комбинацию SAR, GPS-мониторинга и традиционных геодезических исследований для обоснования решений по управлению подземными водами.
Теперь набор данных и портал OPERA помогут агентству делиться информацией об оседании с чиновниками и членами сообщества, сказал Брайан Конвей, главный гидрогеолог департамента и руководитель его геофизического подразделения. Они не заменят анализ SAR, который он выполняет, но предложат точки сравнения для его расчётов. Поскольку набор данных и портал охватят весь штат, они также могут выявить районы, о которых ещё не известно, что они оседают.
«Это отличный инструмент, чтобы сказать: „Давайте посмотрим на эти области более интенсивно с помощью нашей собственной обработки SAR“», — сказал Конвей.
Продукт смещения является частью серии наборов данных, которые OPERA выпустила с 2023 года. Проект начался в 2020 году с многопрофильной командой учёных из JPL, работающей над удовлетворением потребностей в спутниковых данных в различных федеральных агентствах. Через Рабочую группу по спутниковым потребностям эти агентства представили свои запросы, и команда OPERA работала над улучшением доступа к информации для поддержки ряда усилий, таких как реагирование на стихийные бедствия, отслеживание обезлесения и мониторинг лесных пожаров.
Предоставлено NASA