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孙建宝参加欧洲空间局2017年干涉雷达学术会议(Fringe 2017 workshop)

2017-07-24

一、    Fringe 会议概况

 Fringe 会议是由欧空局(European Space Agency)发起的,专门讨论干涉雷达技术(InSAR)及其应用的国际学术会议,随着雷达卫星技术和InSAR技术的发展,从1999年开始欧空局专门组织了这一新兴技术的专题研讨会,极大的推动了InSAR技术和雷达卫星技术的发展和应用。随着欧空局新一代Sentinel系列卫星的成功应用,Fringe会议规模原来越大,中国国内参会人数也上升很快,本次会议已经是第十届Fringe会议。Sentinel系列卫星发射之前,该会议一直在意大利的Frascati召开,每隔一年一次。今年由于参会人数增长迅猛,首次将会议地点选在了芬兰首都赫尔辛基的Aalto大学,并与2017年6月5日-9日召开。今年的会议主题是“Advances in the Science and Applications of SAR Interferometry and Sentinel-1 InSAR”。中国地震局4名研究人员参会,分别是地质所的屈春燕和孙建宝研究员、宋小刚副研究,以及地壳所的李永生副研究员。其他国内参会人员来自国土资源部、中科院、北京大学、武汉大学、香港中文大学、香港理工大学和台湾中央大学等相关单位,参会人数达几十人,另外还有一部分是在国外工作和学习的中国人(见图1合影)。孙建宝研究员从2005年开始连续参加了该会议,并担任该会议学术委员会委员(Scientific Committee Member)。

 本届会议是Sentinel-1A/B卫星发射成功,并免费开放所有数据以来的第一场大型会议,因此会议主要讨论了如何利用这一新的数据,在技术上提高观测精度,以及在应用上开展更多的地面形变观测和分析。从Fringe 2017会议上看到,虽然这两颗卫星运行不到两年的时间,但是已经积累了大量高质量雷达数据,可以进行高时空分辨率的形变分析和应用。在地震监测方面,几乎所有陆地发生的大地震都能被有效监测到形变场。而在震间和震后形变监测方面,随着数据的积累,也已经有大量的数据分析结果表明这两颗卫星数据的重要意义。由于该卫星成像技术与老卫星相比有较大改变,因此本次会议充分交流了这两颗卫星数据的分析方法,以及应用方法。本次会议也提供了极好的交流、讨论、合作机会,在会议期间,我们也与不同的研究组讨论了一些潜在的合作机会。

   二、参加会议的特点

   会议期间,我们参加了所有“地震和构造”专题的报告和POSTER部分的内容,孙建宝研究员在2017年6月6日上午10:00做了口头学术报告( “Retrieve near-field deformation of large earthquakes from Sentinel-1 radar interferometry data”)。总的来说,该专题历来是Fringe会议的重点内容,在本次会议上也占了主要的会议议程,显示了地震和活动构造研究中InSAR技术越来越成为主要手段。从地震形变应用来看,自从有了Sentinel-1雷达数据,全球发生的引发重要地壳形变的地震事件,本次会议上都给出了结果,如2015年智利Mw8.3地震、2016年新西兰Mw7.8级强震,中国2015年Mw6.4强震及其震后的形变等等。不同的研究组都给出了类似的结果,也给出了相应的破裂模型。从趋势上看,未来的地震事件的形变监测必将成为地震活动及其物理过程的常规手段。随着中国高分-3号卫星数据的初步InSAR应用,对于我国的InSAR雷达卫星观测技术发展和地震构造应用研究将产生重要影响。国际领先的雷达技术对于我国的卫星技术发展和InSAR应用领域具有很好的借鉴意义。另外,InSAR技术用于震后形变监测、震间应变积累的观测、慢滑移事件(如Howard Zebker教授的报告)的监测等方面,Sentinel-1卫星都显示了前所未有的强大潜在优势和可能性。随着未来几年的数据积累,以及后续卫星的发射,InSAR技术在地震形变监测领域将发挥更加重要的作用, 观测精度将随着数据积累进一步加强。

   三、亮点内容介绍

   除了应用新的Sentinel-1数据和新的应用研究,大部分的研究方法都还是老方法,相比其他会议和前几届Fringe会议,其影响力并无太大变化。下面两个方面的内容,我们认为具有极高的影响力,可以认为是本次会议的亮点。

  1)    基于InSAR数据监测慢滑移事件(SSE)

   漫滑移事件在以前的观测主要是通过GPS连续观测得到的,这是近20年来地震科学领域最重要的发现。尽管有大量的高影响因子文章发表,但是很多关于漫滑移现象的物理机制依然不清楚,因为地震波形很难观测到,而形变覆盖点非常有限,且滑移事件在消减带较多,发生的部位较深,这些因素导致观测和理解SSE的困难。在Sentinel-1 InSAR数据积累起来后,其极好的时空分辨能力,较低的时空去相干作用,以及大规模地面形变覆盖,有利于将背景地壳变动信息和局部的漫滑移事件区分开来,在植被覆盖区可以利用永久散射体技术(Hooper, 2004),得到大规模SSE的形变信号,通过反演技术,获得前所未有的SSE活动行为信息,为解释它的物理机制提供了可能。本报告由斯坦福大学地球物理学和电子学方面的Howard Zebker教授给出,得到了极大的关注,是本次会议的最大亮点。Zekber教授在InSAR领域的贡献非常巨大,是InSAR技术发展最早期的几个研究人之一,其研究组走出多位著名研究专家,其研究组的多项研究成果都具有原始创新性,非常值得学习。

   2)欧空局ESA发布了其开发的软件工具SNAP toolbox,成为最受到追捧的Sentinel系列卫星数据的分析工具。该软件基于JAVA,能在不同的软硬件环境中运行,能分析几乎所有才光学和雷达数据,非常简单清楚的GUI界面对于初学者和高级研究者都是非常好的工具。ESA将该工具随着Sentinel系列卫星数据一起免费发布,而且是源码公开的系统。ESA的开放政策,带动了一大批应用领域的研究和开发,贡献巨大。这对于我国的卫星应用领域也极有借鉴意义。以往大多数单位都需要购买昂贵的处理软件才能做的工作,现在基本靠几个免费工具就能应付,而且源码开放,对于高级用户也非常有利。

   四、认识和体会

   1)开放的数据、免费的软件能极大促进应用发展

   InSAR技术发展到今天(从1992年算起),已经有大约20多年的时间了。InSAR技术从最初的尝试,到今天Sentinel卫星对地球陆地的密集观测,这一技术才真正成为一项具有实用性的常规观测手段。数据免费、软件开放才能更好的促进这一技术的快速发展,才能更好地对地震、滑坡等等灾害进行快速响应,对地震等灾害进行长期性的评估。欧空局在这个方面贡献巨大。相反,日本的ALOS-2 L波段雷达数据一直走商业路线,虽然其在植被覆盖区有一定的作用,但是其数据量很少,应用价值将越来越小。未来还有多颗规划中的L波段雷达卫星,如美国的NISAR系统,这些数据都将免费共享,将极大推动InSAR技术的大范围应用。

  2)Sentinel-1A/B卫星对地球的观测重访周期缩短到6天,对于增强雷达信号,开展更大邻域的应用提供了可能。这得益于新的TOPS成像模式的开发和卫星基线的准确控制,缩短了InSAR卫星重复观测的时空基线,从而有利于提高形变的观测精度。中国现有的高分-3号卫星尚处在实验阶段,与ESA的差距还相当大,通过学习ESA的先进经验,有利于我国卫星技术的发展,以及应用水平的提升。相信通过不断的学习和改进,我国的雷达卫星技术和InSAR应用研究将得到极大提高,很快能缩小与美国和欧洲的差距。