DInSAR, o cómo ver los sismos desde el espacio

Carlos Duarte Muñoz

Fecha: 2017-10-01


¿Sabías que existen satélites que pueden medir cambios a nivel milimétrico en la superficie terrestre? Esto es muy importante para evaluar los efectos de un sismo, tomar decisiones en la planeación urbana y determinar la existencia de mantos freáticos, entre otras aplicaciones. La técnica para realizar estos cambios se denomina Interferometría Diferencial a Partir de Imágenes de Radar de Apertura Sintética y es conocida como DInSar, por sus siglas en inglés (Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar)

 

DinSAR es una técnica que se emplea para detectar deformaciones de la superficie terrestre a través de comparar la fase de dos imágenes de radar de apertura sintética (SAR) de una misma superficie tomadas antes y después de un evento de interés sobre la zona en que éste ocurrió. La diferencia de fases permite medir el desplazamiento del terreno después del evento con mucha precisión. Las técnicas actuales permiten obtener precisiones del orden de milímetros.

 

¿Cómo funciona?

 

El radar es una técnica de teledetección que usa una señal electromagnética que se envía hacia un objeto y se detecta su reflejo. A partir del radar se pueden medir distancias entre un satélite y la Tierra midiendo el tiempo de viaje de la señal enviada a la Tierra, ya que las señales viajan a una velocidad conocida (la velocidad de la luz). A través de realizar dos mediciones distintas sobre un terreno, se pueden determinar los cambios en la profundidad del terreno, como se muestra en la Fig. 1.

Fig. 1. Funcionamiento del DInSar

 

Ejemplos de misiones SAR

 

A manera de ejemplo, en la siguiente tabla se muestran las características de algunos satélites de apertura sintética. Cabe hacer notar que en la actualidad, la mayoría de estos satélites ya no están en operación.

 

Satélite

Longitud de onda [cm]

Resolución espacial máxima (m)

Periodo orbital (minutos)

Altura de la órbita (Km)

País

ERS-1

5-6 (Banda C)

25

100

785

Europa

ERS-2

5-6 (Banda C)

25

100

780

Europa

ENVISAT

5-6 (Banda C)

25

100

800

Europa

SENTINEL-1 Constelación de dos satélites

5-6 (Banda C)

   

693

Europa

RADARSAT-1

5-6 (Banda C)

8

100.7

793-821

Canadá

RADARSAT-2

5-6 (Banda C)

3

100.7

798

 

JERS-1

23.5 (Banda L)

18

96

582

Japón

TERRASAR-X

3.10 (Banda X)

1

94

512-530

Alemania

Tabla 1. Características de algunos satélites de apertura sintética

 

 

Los cambios en la profundidad del terreno se pueden mapear como se muestra en la Fig. 2 y así dar una idea precisa de donde están ocurriendo. Si se realizan varias medidas durante un periodo determinado, se puede medir la deformación del suelo con el tiempo e incluso calcular la velocidad con la que esta deformación está ocurriendo. Esta información es muy útil en muchas aplicaciones ya que puede servir para identificar riesgos de hundimiento, fracturación y deslaves entre otras cosas.

 

Fig. 2. Despliegue típico de la deformación de terreno a través de la técnica DInSAR.

 

Como un ejemplo de la aplicación de la técnica DInSAR, en la Fig. 3 presentamos los resultados de las mediciones de los satélites Sentinel-1A y Sentinel-1B, operados por la Agencia Espacial Europea (ESA), sobre la superficie del centro de México en dos observaciones sucesivas del 8 y el 20 de septiembre de 2017. Los resultados muestran los efectos del temblor de magnitud 7.1 que afectó el territorio mexicano el 19 de septiembre de 2017.

 

En el mapa, los desplazamientos de la superficie se representan como contornos de color, donde cada ciclo de color representa 2.8 centímetros de movimiento superficial. Los contornos muestran que ocurrió una amplia deformación en la superficie alrededor de 3 a 5 cms. y no hubo grandes rupturas en la superficie debido al sismo.

 

Hay efectos de las variaciones en la atmósfera que crean contornos que no se deben a la deformación del suelo en muchas áreas. Las áreas sin contornos de color son superficies de agua o vegetación densa que impide que las observaciones de radar midan el cambio entre imágenes de satélite.


 

 

Fig. 3 Mapa de deformación en la superficie del centro de México debida al temblor de magnitud 7.1 del 19 de septiembre de 2017, generado por observaciones de la constelación Sentinel-1. (Cortesía NASA)

 

La precisión en la medición de la deformación del terreno que da DInSAR depende de la longitud de onda de la radiación emitida por el radar de apertura sintética. Para un caso típico, como el de los satélites ERS de la Agencia Espacial Europea, esta longitud de onda es de unos 56 mm, lo que permite medir deformaciones de terreno con una precisión de la mitad de un ciclo, o sea 28 mm.

 

La interferometría diferencial a partir de imágenes de radar de apertura sintética es de gran utilidad para muchas aplicaciones, tales como el monitoreo de los efectos de sismos, deslaves, erupciones volcánicas, y, en general, cualquier fenómeno de deformación de la superficie terrestre. Sus bondades son un ejemplo fehaciente de los beneficios que nos ha traído la tecnología satelital gracias a nuestro esfuerzo por llegar Hacia el Espacio.

 

Palabras clave: Teledetección, DInSAR, aplicaciones de satélites, sismos, deformación de terreno, SAR,

 



Etiquetas: DInSAR,teledetección,satélites,radar.

Revista Hacia El Espacio de divulgación de la ciencia y tecnología espacial de la Agencia Espacial Mexicana.




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