大地测量和遥感

板块运动、地震、火山、滑坡、冰川、地下核试验、矿业活动、地下水迁移等自然和人为因素均会产生地表形变。获取和研究地表形变信息对理解这些地学过程的物理机制十分重要。卫星大地测量通过卫星数据量测研究地球不断变化的几何形状、重力场和旋转状态;微波遥感利用星载/机载雷达研究地表散射特征。二者的结合和交叉形成了大地测量领域一个新的研究方向:雷达影像测地学,即利用微波遥感影像量测、解译和理解地球表面的几何、物理属性变化。以下为相关研究人员:

 

王腾


  雷达影像测地学采用合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar - SAR)作为主要的数据获取手段。SAR是一种主动型微波遥感传感器,通过发射电磁波并记录地面反射回卫星的微波信号得到雷达影像。微波信号的发射和接收不依赖阳光并可以穿透云层,所以SAR成像不受光照和气象条件的约束。利用SAR影像的强度和相位信息可以对地表几毫米到数十米的形变进行精确量测,在地球物理、环境监测、防灾减灾等基础研究和应用领域均起到不可或缺的作用。相关研究涉及数字信号处理、弹性和流体力学、物理模型反演、大数据分析和人工智能等多个学科。

  当前SAR卫星已经实现了全球陆地表面的高重访周期观测,后续包括我国在内的全球多个航天机构均有SAR卫星发射计划。此外多家私人航天公司已开始布设SAR小卫星星座,并有多颗卫星在轨运行。充足的数据资源使我们能够从多时空维度测量地表形变,反演地壳至上地幔的各种地球物理参数,并理解这些地学现象的物理机制。同时,在全球范围内滑坡、泥石流、地面塌陷等地质灾害经常造成重大人员伤亡和财产损失。利用时序SAR影像进行广域地表形变异常的监测对防灾减灾和资源的合理利用也将起到非常重要的作用。相信在不久的将来,雷达影像测地学必将能够更加精确的刻画地表形变的时空演化特征,更深刻地揭示各种地学现象背后的物理机制。

雷达影像测地学利用合成孔径雷达(SAR)发射的电磁波信号量测地表形变,如核试验地表三维形变场(Wang  et al.,  Science , 2018)。