UN-SPIDER QUITO, Emilio Carreño Herrero

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1 UN-SPIDER QUITO, 2009 Emilio Carreño Herrero

2 noticias Tendrá México satélite que ayudaría a predecir terremotos En un futuro poder tener un sistema de alarma que nos pudiera predecir, hasta con 5 días de anticipación un terremoto de arriba de cinco grados Richter El aparato será lanzado en diciembre de 2007 El primer satélite europeo GOCE, destinado a medir la gravedad terrestre y predecir terremotos, será lanzado con un cohete portador ruso en mayo de 2008, anunció hoy Jean-Jacques Dordain, director general de la Agencia Espacial Europea (ESA) Científicos de la NASA se plantean la posibilidad de desarrollar un sistema de predicción de terremotos, apoyándose en ciertas perturbaciones eléctricas en la atmósfera antes de los movimientos telúricos.fuente: BBC Mundo

3 OBJETIVOS: Obtención de información visual de posibles daños o alcance del evento. Obtención de información de parámetros asociados al evento.

4 OBJETIVOS: Obtención de información de la zona visible del espectro. Obtención de información de zonas no visibles del espectro.

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6 Actividad volcánica Determinación de plumas Cambios de temperatura en la superficie (espectrorradiómetros) (satélites:terra, Aqua) (MODIS) Movimientos verticales (INSAR) Áreas afectadas

7 Actividad sísmica Determinación de áreas afectadas Tipo de mecanismo Movimientos verticales (INSAR)

8 Ventajas Amplia área de observación ( millas 2 ) Observación desde lugar muy alejado del centro de interés Inconvenientes Mala penetración de la vegetación Mala resolución en hielo o nieve Imagen del mismo lugar 1 / mes

9 Ejemplo de utilización de imágenes en zona no visible del espectro Terremoto de Izmit (Turquía) de 19 de agosto de 1999

10 STRESS CAUSED BY SEISMIC RADIATION: Lachenbruch and McGarr, Lay and Wallace, Chemical changes along the fault surface. Ground-water transport.

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12 BALANCE TÉRMICO: q sw + q lw + q l + q s + q an + q d + q g = 0

13 DEFINICIÓN DEL FLUJO GEOTÉRMICO: Flujo normal: Flujo conductivo. Flujo en fallas: Mayor flujo convectivo.

14 MEDIDA DEL FLUJO GEOTÉRMICO: Método tradicional: Instrumental meteorológico. Termómetros de precisión en pozos. Inconvenientes: Temperatura del suelo en sitios puntuales. Costosa obtención de datos diarios de temperatura.

15 HERRAMIENTA PROPUESTA: Imágenes de satélite: Temperatura del suelo en zonas extensas. Datos diarios de temperatura. Estudio de procesos dinámicos.

16 ANTECEDENTES: China: Imágenes METEOSAT. Aplicado a la detección de anomalías en terremotos de magnitud moderada y fuerte. Rusia: Imágenes NOAA. Anomalías estables: fallas. Anomalías no estables: actividad sísmica.

17 Anomalías térmicas de terremotos en Gazli (Asia Central) M = M =

18 IMÁGENES NOAA-14: Sensor AVHRR. Dos canales térmicos: Cálculo y corrección de temperatura. Dos pasadas diarias: Nocturna: Cálculo de temperatura. Diurna: Corrección atmosférica y NDVI. Adquisición en tiempo real.

19 TRATAMIENTO DE IMÁGENES: Análisis multitemporal. Ajuste geométrico. Calibración de las imágenes. Obtención de la temperatura. Algoritmo Split-Window.

20 SPLIT WINDOW: Diferente absorción de dos canales térmicos en función a las condiciones atmosféricas. T = T 4 + A(T 4 -T 5 ) + B g + B(ε) Efectos a eliminar: Emisión radiación producida por la atmósfera. Emisividad de los diferentes materiales.

21 OBTENCIÓN DEL FONDO TÉRMICO: Modelo matemático de la evolución térmica. Imagen de referencia del flujo geotérmico. Análisis estadísticos: Máximo, Mínimo, Media. Factores que influyen: Topografía. Nubes. Valores anómalos de temperatura. Clima en la costa.

22 FONDO TÉRMICO: Conclusiones: Máximo: mayor fiabilidad. Fuerte variación de la temperatura del suelo durante el año.

23 MÉTODO DE DIFERENCIAS: Diferencia entre imágenes diarias. Estudio de series cortas. Pequeña variación estacional. Actividad sísmica = variación de temperatura. Estudio a partir de casos reales. Terremoto de Izmit (Turquía). Terremoto de Mula (Murcia).

24 TERREMOTO DE IZMIT: 17 de agosto 1999.

25 TERREMOTO DE IZMIT: 17 de agosto :01:39.80 UTC 3:01:37 a.m. hora local. Magnitud Richter: 7.6

26 TERREMOTO DE IZMIT: 17 de agosto :01:39.80 UTC 3:01:37 a.m. hora local. Magnitud Richter: 7.6 Profundidad: 17 km

27 TERREMOTO DE IZMIT: 17 de agosto :01:39.80 UTC 3:01:37 a.m. hora local. Magnitud Richter: 7.6 Profundidad: 17 km Longitud de ruptura: > 60 Km.

28 EVOLUCIÓN DE LA ANOMALÍA:

29 EVOLUCIÓN DE LA ANOMALÍA:

30 EVOLUCIÓN DE LA ANOMALÍA:

31 EVOLUCIÓN DE LA ANOMALÍA:

32 EVOLUCIÓN DE LA ANOMALÍA:

33 EVOLUCIÓN DE LA ANOMALÍA:

34 EVOLUCIÓN DE LA ANOMALÍA:

35 EVOLUCIÓN DE LA ANOMALÍA: Terremoto de Izmit

36 EVOLUCIÓN DE LA ANOMALÍA:

37 EVOLUCIÓN DE LA ANOMALÍA:

38 VALORES DE LAS ANOMALÍAS: Incremento anómalo de la temperatura 10 días antes del terremoto. Aumento progresivo de la temperatura. Máximos de temperatura los días 11 y 15. Desaparece la anomalía 9 días después del terremoto. Máxima superficie con aumento de temperatura el día después del terremoto. La anomalía se sitúa sobre la falla, alejada del epicetro.

39 Interferometria RADAR aplicada a la sismotectónica

40 SISTEMAS RADAR DE APERTURA SINTÉTICA (SAR) Para conseguir mayor resolución espacial Se registran pulsos de un punto de la superficie desde dos posiciones distintas de la trayectoria Resolución equivalente a la que daría una antena de diámetro la distancia entre ambos puntos

41 SATÉLITES EUROPEOS ERS Y ENVISAT Satélite ERS-1: Operativo desde 1991 hasta 1999 Órbita polar, a una altitud de 780 km Satélite ERS-2: Operativo desde 1995 hasta 2001 Órbita polar, a una altitud de 780 km Satélite ENVISAT: Operativo desde 2002 Órbita polar, a una altitud de 800 km

42 SENSORES RADAR Sensores activos que emiten su propio haz de energía Trabajan en la banda de frecuencias de las microondas ( 0.1 cm a 1 m ) Máxima transmisividad a través de la atmósfera Independencia de la luz solar Atraviesa cobertura de nubes

43 CONDICIONES PARA OBTENER INTERFEROGRAMAS Que las dos imágenes estén separadas un número entero de veces el ciclo orbital completo Que las dos imágenes pertenezcan al mismo ciclo orbital Que las dos imágenes se hallan tomado con la misma longitud de onda

44 PHASE UNWRAPPING Interferograma es intrínsecamente ambiguo, porque da la parte fraccional del cambio de fase Todos los píxeles tienen una fase en el intervalo: 0 φ< 1 ciclo Con el proceso de phase unwrapping se elimina la componente cíclica, obteniéndose valores absolutos de elevación del terreno

45 IMÁGENES SAR Resultado del eco recibido para cada pulso emitido por el RADAR durante la apertura sintética Imagen en formato complejo: cada pixel tiene un valor de amplitud y una fase CORRECCIONES RADIOMÉTRICAS Eliminar ruido speckle Corregir el efecto del patrón de antena CORRECCIONES GEOMÉTRICAS Errores debidos al relieve: escorzo, solapamiento inverso, sombra Se corrigen usando un MDT preciso Coversión slant to ground: Se pasa de una proyección inclinada a la proyección sobre el suelo

46 INTERFEROMETRÍA SAR (INSAR) Interferograma: es el patrón de interferencias causado por la diferencia en fase entre dos imágenes adquiridas por un SAR en dos momentos diferentes Representa un mapa del cambio de la distancia entre el terreno y el instrumento RADAR Interferograma del Monte Etna

47 APLICACIÓN DE INSAR A LA MEDIDA DE DESPLAZAMIENTOS La técnica INSAR permite cuantificar desplazamientos del terreno Se necesita una imagen anterior al desplazamiento, otra posterior, y un MDT para eliminar el efecto topográfico El interferograma resultante contiene una serie de franjas que corresponden a una variación de media longitud de onda en la dirección del vector suelo-satélite Para los satélite ERS: λ = 56 mm franjas = 28 mm

48 APLICACIÓN DE INSAR EN SISMOLOGÍA Cuantificación de desplazamientos asociados a terremotos, deformaciones postsísmicas e intersísmicas y asociadas al rebote elástico Determinación de mecanismos focales, simulando modelos de franjas teóricos Terremoto de Eureka Valley, 1993 Magnitud 6.1

49 CONDICIONES PARA APRECIAR DESPLAZAMIENTO EN UN INTERFEROGRAMA Que el desplazamiento en el terreno sea mayor de media longitud de onda del haz emitido por el RADAR Que el desplazamiento tenga una componente en la dirección suelo - satélite, que es la que origina el diseño de franjas en el interferograma Que el desplazamiento no supere el umbral de una franja por pixel, ya que produciría una zona de incoherencia Terremoto de Hector Mine, 1999 Magnitud 7.1

50 EJEMPLOS DE APLICACIÓN EN SISMOLOGÍA Terremoto de Landers, 1992 Magnitud 7.3 Interferograma cosísmico Mecanismo de desgarre pero terremoto muy superficial Aparecen 20 franjas Desplazamiento de 560 mm Interferograma sintético Modelo elástico de dislocaciones rectangulares en falla vertical De acuerdo en un margen de dos franjas

51 EJEMPLOS DE APLICACIÓN EN SISMOLOGÍA Terremoto de Northridge, 1994 Magnitud 6.7 Interferograma cosísmico más deformación postsísmica de dos años Mecanismo de falla inversa Desplazamiento de 50 cm

52 EJEMPLOS DE APLICACIÓN EN SISMOLOGÍA Réplica de Landers, 1994 Magnitud 5.1 Interferograma cosísmico Mecanismo de falla inversa Desplazamiento de 10 cm Terremoto de Hector Mine, 1999 Magnitud 7.1 Interferograma cosísmico Permite relacionar con el terremoto de Landers de 1992

53 ESTUDIO DE UN TERREMOTO EN ESPAÑA Terremoto de Mula, 1999 Magnitud 4.8 Localizado en la falla de Crevillente Diferentes mecanismos focales calculados para el terremoto principal Ayuda de la interferometría para determinar el movimiento de falla responsable, en función de la deformación en superficie

54 ESTUDIO DE UN TERREMOTO EN ESPAÑA Terremoto de Mula, 1999 Magnitud 4.8 Cinco imágenes SAR, tres anteriores y dos posteriores al terremoto Cinco interferogramas cosísmicos en los que no aparecen franjas de desplazamiento

55 ESTUDIO DE UN TERREMOTO EN ESPAÑA Terremoto de Mula, 1999 Magnitud 4.8 Interferogramas sintéticos muestran que un mecanismo de falla inversa como el 1, produciría una deformación en superficie de tres cuartos de ciclo: elevación del suelo de 21 mm Un mecanismo focal de falla de desgarre como el 5, de componente horizontal predominante, daría pequeños desplazamientos en la dirección suelo-satélite, que no se apreciarían en los interferogramas

56 SATÉLITES EUROPEOS ERS Y ENVISAT Instrumento SAR de los satélites ERS-1 y ERS-2: Se utiliza en el modo de imagen Trabaja en la banda C: 5.3 GHz Resolución espacial: Acimut: 6 a 30 m Profundidad: 26 m Área cubierta por la imagen: 102 km 2 Solo se puede usar en el área de una antena de recepción terrestre, por el gran flujo de datos que produce Instrumento ASAR del satélite ENVISAT: Trabaja en la banda C Productos similares a los de ERS-1 y ERS-2 => CONTINUIDAD Apoyo del satélite de telecomunicaciones ARTEMIS: Elimina el límite del volumen de datos a almacenar

57 PASOS PRÁCTICOS DE OBTENCIÓN DE IMÁGENES (1) 1. Selección de la zona sobre cartografía mediante coordenadas 2. Utilización del programa EOLI-SA de la Agencia Espacial Européa (ESA). Coordenadas Tipo de satélite (ERS-1, ENVISAT, etc) Tipo de sensor dentro de cada satélite Fechas de las tomas

58 PASOS PRÁCTICOS DE OBTENCIÓN DE IMÁGENES (2) 3. Obtención de listado con las imágenes disponibles con esos requisitos 4. Seleccionamos por fechas y si deseamos imágenes ascendentes o descendentes En algunos casos vemos la imagen en miniatura

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