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SAR 간섭기법을 활용한 하와이 킬라우에아 화산의 2018 분화 활동 관측
Detecting Surface Changes Triggered by Recent Volcanic Activities at Kīlauea, Hawai'i, by using the SAR Interferometric Technique: Preliminary Report 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.34 no.6 pt.4, 2018년, pp.1545 - 1553  

조민정 (미국항공우주국 고다드 우주비행센터) ,  (미국항공우주국 고다드 우주비행센터) ,  정형섭 (서울시립대학교 공간정보공학과)

초록
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2018년 4월 말부터 감지되기 시작한 킬라우에아 화산의 최근 마그마 분화 활동은, 5월과 6월에 걸쳐 용암의 분출과 함께 급격한 지표 변형을 발생시켰다. 킬라우에아 정상부에 위치한 Halema'uma'u 분화구에서는 용암호의 수위가 빠르게 하강하여 대규모 지반 침하 및 지반 붕괴가 나타났으며, GPS와 경사계의 기록을 통해 약 2미터 가량의 변화를 감지할 수 있었다. 이 연구에서는 단 기간에 큰 변화를 보인 킬라우에아 분화 활동의 초기과정에 대해 다중 시기 COSMO-SkyMed SAR 영상을 이용한 시계열 지표변위 분석을 수행하고자 하였다. 전체 관측기간에 대해 측정된 최대의 지표 변위는 위성의 관측방향으로 약 -1.5미터이며, 입사각을 고려하여 수직변위로 변환할 때 약 -1.9미터의 침하를 나타낸다. 또한 대부분의 지표 변위는 분화 직후인 5월 초에서 6월말 사이에 발생하며, 7월부터는 안정기에 들어선 것을 확인할 수 있다. 시계열 지표변위를 통해 마그마 소스 모델링을 실시한 결과, 마그마 챔버가 지표로부터 2-3 km 사이에 위치하는 것으로 산출되었으며, 마그마 소스의 중심 위치는 남서부 방향으로 이동하는 것으로 관측되었다. 이러한 마그마 모델의 시계열 변화는 편향된 관측자료를 통한 초기 결과이므로 이후의 연구에서 정밀한 3차원 관측을 이용한 보완이 필요할 것으로 보여진다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recent eruptive activity at Kīlauea Volcano started on at the end of April in 2018 showed rapid ground deflation between May and June in 2018. On summit area Halema'uma'u lava lake continued to drop at high speed and Kīlauea's summit continued to deflate. GPS receivers and electronic tiltm...

주제어

#Kilauea Volcano   #Eruptive activity   #Interferometric SAR   #Magma source modeling   #Time-series deformation  

표/그림 (8)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 킬라우에아 화산의 분화 활동으로 인한 정상부의 지표변위는 GPS 관측자료로부터 5월 초에서 약 8월 초까지 지속되었으나, 대부분의 침강은 5월-6월 사이에 발생한 것을 확인할 수 있다. 따라서, 급격한 변형이 진행된 분화 초기에 대해 시계열 지표변위를 측정하고, 이로부터 분화 활동 초기의 마그마 소스의 변화를 관측하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
레이더 간섭기법이란 무엇인가? 레이더 간섭기법은 서로 다른 시기에 취득된 SAR 영상의 위상 차이를 감지하여 지표면의 미세 변위를 측정하는 방법으로, 수십년 간 축적된 지난 연구들로부터 정확도 및 정밀도를 인정받아 지구과학 분야에 널리 활용되고 있는 기술이다. 특히, 레이더 간섭기법을 이용한 화산 연구는 1990년대 초기 Massonnet et al.
레이더 간섭기법을 활용한 화산 연구의 최근 동향은 무엇인가? , 2015a, 2015b). 특히, 최근의 연구에서는 단일 간섭영상의 관측으로부터 발생할 수 있는 대기성분, 지형고도, 위성궤도 등으로 인한 오차를 최소화 하기 위해 다중 시기 영상을 이용한 시계열 분석으로 발전하였으며, 이와 더불어 단일 궤도의 SAR 영상만을 이용하는 편향된 관측을 보완하기 위해서 3차원 지표변위를 측정하는 연구들이 수행되고 있다.
2018년 4월부터 미국의 지질조사소가 관측한 킬라우에아 화산의 변화는 무엇인가? S. Geological Survery, USGS)에서 발표한 보고서에 따르면, 킬라우에아 정상의 Halema`uma`u분화구 내에 위치한 용암호(lava lake)에서는 5월 2일을 기점으로 수위하강이 시작되었으며, Lower East Rift Zone(LERZ)의 Leilani Estates 지역에서는 최초로 열극(Fissure)이 개방되기 시작한 것으로 보고되었다. 특히,용암호의 수위하강은 급속도로 전개되어, 5월 10일에는 관측 가능한 가시 영역을 넘어선 약 325미터 이상까지 심도가 하강하였으며, 이 후의 지속적인 하강으로 인해 5월 중순부터는 칼데라의 바닥면이 붕괴되기 시작하였다. 이에 따라 킬라우에아 정상부에서도 빠른 속도로 지표면이 침강하기 시작했으며, 정상부에 설치된 Global Positioning System(GPS) 수신기로부터 2.2 미터 이상의 차이가 감지되었다(USGS, 2018). 이러한 시공간적 변화를 가장 효과적으로 관측하기 위해서는 Synthetic Aperture Radar(SAR)영상의 간섭기법(Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR)을 통한 정밀한 지표 변위의 측정이 요구된다.
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참고문헌 (17)

  1. Amelung, F., S. Jonsson, H. Zebker, and P. Segall, 2000. Widespread uplift and "trapdoor" faulting on Galapagos volcanoes observed with radar interferometry, Nature, 407: 993-996. 

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  2. Baker, S. and F. Amelung, 2012. Top-down inflation and deflation at the summit of Kilauea Volcano, Hawai'i observed with InSAR, Journal of Geophysical Research, 117: B12406. 

  3. Battaglia, M., P.F. Cervelli, and J.R. Murray, 2013. Modeling crustal deformation near active faults and volcanic centers-a catalog of deformation models, US Geological Survey Techniques and Methods, 13: B11. 

  4. Berardino, P., G. Fornaro, R. Lanari, and E. Sansosti, 2002. A new algorithm for surface deformation monitoring based on small baseline differential SAR interferograms, IEEE transactions on Geoscience and Remote Sensing, 40: 2375-2383. 

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  5. Jo, M.-J., H.-S. Jung, and J.-S. Won, 2015a. Detecting the source location of recent summit inflation via three-dimensional InSAR observation of Kilauea Volcano, Volcano Remote Sensing, 7(11): 14386-14402. 

  6. Jo, M.-J., H.-S. Jung, J.-S. Won, and P. Lundgren, 2015b. Measurement of three-dimensional surface deformation by Cosmo-SkyMed X-band radar interferometry: Application to the March 2011 Kamoamoa fissure eruption, Kilauea Volcano, Hawai'i, Remote Sensing of Environment, 169: 176-191. 

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  7. Jung, H.S., C.W. Lee, J.W. Park, K.D. Kim, and J.S. Won, 2008. Improvement of Small Baseline Subset (SBAS) Algorithm for Measuring Timeseries Surface Deformations from Differential SAR Interferograms, Korean Journal of Remote Sensing, 24(2): 165-177 (in Korean with English abstract). 

  8. Jung, H.-S., Z. Lu, J.-S. Won, M.P. Poland, and A. Miklius, 2011. Mapping three-dimensional surface deformation by combining multiple-aperture interferometry and conventional interferometry: Application to the June 2007 eruption of Kilauea Volcano, Hawai'i, IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 8: 34-38. 

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  9. Lee, W.J., Z. Lu, H.S. Jung, S.C. Park, and D.K. Lee, 2018. Using a refined SBAS algorithm to determine surface deformation in the Long Valley Caldera and its surroundings from 2003-2010, Korean Journal of Remote Sensing, 34(1): 101-115. 

    원문보기 상세보기

  10. Lundgren, P., P. Berardino, M. Coltelli, G. Fornaro, R. Lanari, G. Puglisi, E. Sansosti, and M. Tesauro, 2003. Coupled magma chamber inflation and sector collapse slip observed with synthetic aperture radar interferometry on Mt. Etna volcano, Journal of Geophysical Research, 108: 2247. 

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    상세보기

  12. Montgomery-Brown, E.K., D.K. Sinnett, M. Poland, P. Segall, T. Orr, H. Zebker, and A. Miklius, 2010. Geodetic evidence for en echelon dike emplacement and concurrent slow slip during the June 2007 intrusion and eruption at Kilauea volcano, Hawai'i, Journal of Geophysical Research, 115: B07405. 

  13. Patrick, M.R., T. Orr, A.J. Sutton, E. Tamar, and D. Swanson, 2013. The first five years of Kilauea's summit eruption in Halema'uma'u Crater, 2008-2013, U.S. Geological Survey Fact Sheet 2013-3116: 4, https://dx.doi.org/10.3133/fs20133116. 

    crossref

  14. Poland, M.P., A.J. Sutton, and T.M. Gerlach, 2009. Magma degassing triggered by static decompression at Kilauea Volcano, Hawai'i, Geophysical Research Letters, 36: L16306. 

    상세보기

  15. Rosen, P.A., S. Hensley, H.A. Zebker, F.H. Webb, and E.J. Fielding, 1996. Surface deformation and coherence measurements of Kilauea Volcano, Hawai'i, from SIR-C radar interferometry, Journal of Geophysical Research, 101: 23109-23125. 

  16. USGS, 2018. Preliminary summary of Kilauea Volcano's 2018 lower East Rift Zone eruption and summit collapse, U.S. Geological Survey report: Overview of Kilauea Volcano's activity, September 27. 

  17. Yang, X.M., P.M. Davis, and J.H. Dieterich, 1988. Deformation from inflation of a dipping finite prolate spheroid in an elastic half-space as a model for volcanic stressing, Journal of Geophysical Research, 93: 4249-4257. 

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