[논문]다중개구간섭영상의 이온층 보정을 통한 2016 구마모토 지진의 비행방향 지표변위 정밀 관측

백원경; 정형섭

doi:10.7780/kjrs.2018.34.6.4.3

다중개구간섭영상의 이온층 보정을 통한 2016 구마모토 지진의 비행방향 지표변위 정밀 관측
Precise Measurements of the Along-track Surface Deformation Related to the 2016 Kumamoto Earthquakes via Ionospheric Correction of Multiple-Aperture SAR Interferograms 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.34 no.6 pt.4, 2018년, pp.1489 - 1501

백원경 (서울시립대학교 공간정보공학과) , 정형섭 (서울시립대학교 공간정보공학과)

초록
AI-Helper

2016년 일본 구마모토 현에서는 규모 6.5, 6.4의 전진과 7.3의 본진, 그리고 2,000회 이상의 여진이 연속적으로 발생하였다. 이 지진에 의하여 큰 지표변위가 발생하였으며, 지진에 의하여 발생한 단층의 구조에 관한 연구를 위하여 3차원 지표변위 관측치가 제시된 바 있다(Baek, 2017). 그 관측치는 ALOS PALSAR-2 두 쌍의 상향궤도 위성레이더 간섭쌍(20160211_20160602, 20151119_20160616)과 한 쌍의 하향궤도 위성레이더 간섭쌍(20160307_20160418)을 활용하였다. 특히 상향궤도 간섭쌍의 다중개구간섭영상에서 존재하는 이온층 효과에 의하여 여진에 의한 지표변위가 포함되지 않은 하향궤도 다중개구간섭영상만을 활용하였다. 이 때문에 남북방향의 변위를 추출하는 데에 약 2달의 시간적 불일치가 존재하였다. 본 연구에서는 이러한 불일치를 저감하고 보다 정확한 단층 거동을 파악하기 위하여 상향궤도 다중개구간섭영상에 대하여 방향필터 기반 이온층 오차 저감 기법을 적용하였다. 이온층 보정 결과 여진에 의한 지표변위로 판단되는 변위 신호가 추가적으로 관측되었다. GPS 상시관측소의 지표변위 관측결과와 비교하였을 때 이온층 보정이후 9.87, 8.13 cm의 관측정밀도를 나타냈다. 이는 두 간섭쌍에 대하여 각각 기존 결과보다 4.8배, 6.4배 향상된 결과이다. 이와 같은 관측 결과는 2016 구마모토 지진을 야기한 단층의 보다 정확한 거동을 제시하는 데에 활용될 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

In 2016 Kumamoto, Japan, the foreshocks of $M_j$ 6.5 and 6.4, mainshock of $M_j$ 7.3 besides more than 2,000 aftershocks occurred in succession. Large surface deformation occurred due to this serial earthquakes and three-dimensional measurements of the deformation have been presented for the study of fault structures (Baek, 2017). The 3d measurements retrieved from two ascending pairs (20160211_20160602, 20151119_20160616) and a descending pair (20160307_20160418) acquired from ALOS PALSAR-2. In order to avoid mixing ionospheric error components on along-track surface deformation, the descending multiple-aperture interferogram, which do not contain the deformation of aftershocks after 20160418, was utilized. For these reason, there was a temporal discrepancy of about 2 months in extracting the north-south deformation. In this study, we applied a directional filter based ionospheric correction to ascending multiple-aperture interferograms, in order to reduce this discrepancy and understand more accurate fault movements. As a result of the ionospheric correction, an additional displacement signal was observed nearby fault lines. The root-mean-squared errors compared to GPS were about 9.87, 8.13 cm respectively. These results show improvements of 4.8 and 6.4 times after ionospheric correction. We expected that these along-track measurements would be used to decide more accurate movements of faults related to the 2016 Kumamoto Earthquake.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1. Shadow relief map of study area, Kumamoto, Japan. Colored map on the upper-left corner shows the location of study area. Solid black lines indicate the faults that triggered the 2016 Kumamoto Earthquakes. Yellow stars show the location of the earthquakes over magnitudes of 6. Each white solid box presents the coverage of used data; Detailed description about data are wrote below text which belong to Table 1.; White triangles indicate the location of GNSS Earth Observation Network System (GEONET) of Japan; The reference of colored map and shadow relief map were from Google Earth and Shuttle Radar Topograpy Mission (SRTM); F1-3 indicate principal fault line triggered serial Kumamoto earthquakes (Himematsu and Furuya, 2016).
표 Table 1. Principal parameters of used data
그림 Fig. 2. Data flow of ionospheric correction.
그림 Fig. 3. Ionospheric contaminated along-track measurements; (a) 20151119_20160616, (b) 20160211_20160602. Black solid boxes on (a), (b) denote the deformation area. Gray solid lines indicate the fault lines triggered the 2016 Kumamoto Earthquakes (Baek et al., 2018a; Himematsu and Furuya, 2016).
그림 Fig. 4. Synthetized MAI deformation map from 3d measurements (Baek 2017); (a) 20151119_20160616, (b) 20160211_20160602. Gray solid lines indicate the fault lines triggered the 2016 Kumamoto Earthquakes (Baek et al., 2018a; Himematsu and Furuya, 2016).
그림 Fig. 5. Extracted ionospheric phase screen of along-track measurements by directional filtering; (a) 20151119_20160616, (b) 20160211_20160602. Black solid boxes on (a), (b) denote the deformation area. Dotted black box of (a) shows non-linear phase pattern caused by different temporal baseline. Gray solid lines indicate the fault lines triggered the 2016 Kumamoto Earthquakes (Baek et al., 2018a; Himematsu and Furuya, 2016).
그림 Fig. 6. Corrected final along-track measurements; (a) 20151119_20160616, (b) 20160211_20160602. Black dotted boxes on (a) denote the linear signal pattern caused by a single directional filter. Black solid box shows unmeasured deformation from previous study (Yuji et al., 2016) because of different temporal baseline. Gray solid lines indicate the fault lines triggered the 2016 Kumamoto Earthquakes (Baek et al., 2018a; Himematsu and Furuya, 2016).
그림 Fig. 7. Along and across power spectra; (a) ionospheric-contaminated, (b) extracted IPS and (c) corrected along-track measurements of pair1 and (d), (e) and (f) also indicate those of pair2 respectively in the same order.
그림 Fig. 8. Comparison between SAR derived along-track displacements and GPS derived along-track displacements; (a) 20151119_20160616, (b) 20160211_20160602.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전 세계적으로 다양한 연구기관에서 구마모토 지진에 대해 연구한 결과는 무엇인가요?	, 2017).그 결과 지진에 영향을 미친 단층은 북동 방향으로 뻗어진 후타가와 단층(Futagawa Fault)과 히나구 단층(Hinagu Fault)이라는 사실과 이 지진이 정단층과 우수향 주향이동 단층에 의하여 발생한 것 역시 알려졌다(Baek et al., 2018a; Himematsu and Furuya, 2016; GSI, 2016a). 또한 이어서 지속적인 여진으로 인하여 상당한 추가 지표변위가 발생한 사실도 발표되었다(GSI, 2016a).
	위성레이더 간섭기법이란?	위성레이더 간섭기법(SAR interferometry)은 서로 다른 시기에 획득한 위성 레이더 영상에 대하여 상대적인위상차를 계산함으로써 발생한 관측방향(Line-of-Sight)지표변위를관측할수있다. 이기술은위성의촬영범위내수십~수백킬로미터의영역에대하여 1차원지표변위를 획득하는 데에 널리 활용되고 있다(Jo et al.
	남북방향의 지표변위를 관측하는 데 오프셋 트래킹 기법을 활용하는 이유는 무엇인가?	, 2015). 오프셋 트래킹 기법은 강도교차상관기법(intensity cross-correlation)에 의하여 변위를 위성의 관측방향과 비행방향에 대하여 모두 측정하기 때문에 남북방향의 지표변위를 관측하는 데에 활용할 수 있다(Chae et al., 2017; Baek et al.

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