universidad nacional de ingenierÍa facultad de...

INFORME DE SUFICIENCIA 1

Jhon Salazar Espinoza

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE CIENCIAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA FÍSICA

INFORME DE SUFICIENCIA PARA OPTAR EL TÍTULO

PROFESIONAL DE INGENIERO FÍSICO

TITULADA

“MEDIDA DE LA DEFORMACION DEL VOLCAN COLIMA

(MEXICO) POR INTERFEROMETRIA RADAR SATELITAL”

PRESENTADO POR:

JHON EVARISTO SALAZAR ESPINOZA

Asesor

Lic. GUIDO CASTILLO OCAÑA

LIMA – PERU 2015



MEDIDA DE LA DEFORMACION DEL VOLCAN COLIMA (MEXICO) POR

INTERFEROMETRIA RADAR SATELITAL

I. RESUMEN

La deformación del strato-volcan andesitico de Colima (México), es estudiado por una

técnica llamada InSAR (Interferometry Synthetic Aperture Radar). Esta técnica de

teledetección es comúnmente utilizada para obtener medidas de deformaciones de la

superficie terrestre, en este caso particular, se desea vigilar la deformación del volcán

durante varios años. En este estudio, se ha utilizado imágenes de radar adquiridas

principalmente por dos satélites diferentes: ALOS-PALSAR, es un satélite japonés que

trabaja en la banda L (λ=22cm) y ENVISAT, es un satélite europeo que trabaja en la

banda C (λ=5.6cm).

Los interferogramas obtenidos han sido corregidos de las estructuras troposféricas

estratificada utilizando el modelo meteorológico global ERAI.

Este estudio ha mostrado la dificultad en utilizar el InSAR para la cuantificación de la

deformación sobre los estrato-volcanes andesiticos, el principal problema en el caso del

volcán Colima fue por la coherencia (calidad de la señal) sobre los flancos del volcán.

A pesar de la aplicación de un método de tratamiento de series temporales (por tener un

gran número de imágenes disponibles), la coherencia entre las imágenes de ENVISAT

ha sido muy mala sobre las pendientes del volcán y en los alrededores debido a la

vegetación y los depósitos de cenizas próximas al cráter. Por lo contrario, las imágenes

ALOS-PALSAR han obtenido en la banda L un buen resultado comprobando que son

menos sensibles a la decorrelación temporal inducida por la vegetación y presenta una

mejor coherencia. En promedio los interferogramas obtenidos, han dado un resultado

cuantitativo de una señal de subsidencia sobre la cumbre del volcán en el lado Sur-Este.

Esta señal, se observó durante el periodo del 2007 a 2010, y tiene el valor de 1.5cm/año

el cual es máximo sobre el desplazamiento de la colada. Se observa que esta señal es

idéntica a la señal que se dio como resultado con ayuda de los datos ENVISAT para el

periodo 2002 – 2006 (Pinel et al, 2011).

Palabras claves: Interferometria SAR, Volcan Colima, InSAR, ALOS-PALSAR,

ENVISAT



II. INTRODUCCION

Volcán de Colima (México)

El Strato-volcan andesitico de Colima es uno de los volcanes más activos de México y

está situado en la zona oeste de la correa volcánica mexicana (latitud: 19.514 N,

Longitud: 103.62 O y Altitud: 3850 m). En una zona tectónica con las placas Rivera y

Cocos que pasan bajo la placa Norte-Americana, el volcán está en la zona de grieta de

Colima (orientado N-S) y sobre la falla Tamazula (orientado NE-SO con un sistema de

fallas asociados E-O bajo el volcán).

El volcán Colima ha producido erupciones plinianas, coladas piroclásticas y colapsos

de los sectores más importantes en el pasado. Su actividad ha sido casi continua después

de 1998. Esta actividad actual es caracterizada por una sucesión de ciclos eruptivos

(construcción del domo y colocación de coladas, siguiendo por la destrucción del domo

durante las explosiones) [14, 15, 16]. El volcán está situado próximamente en zonas

densamente poblados: alrededor 400,000 personas están directamente afectadas por el

riesgo del volcán Colima. La etapa más reciente de la actividad eruptiva del volcán

Colima ha comenzado en septiembre del 2004, con un episodio de extrusión de lava

andesitica que ha formado dos coladas de lava sobre el flanco norte y el flanco Norte-

Oeste (el volumen total del material emitido es aproximadamente 8 millones de m3 [17]

seguido por una explosión intermitente con un máximo de explosiones de mayo a junio

del 2005 (Pinel et al. 2007).

La deformación del volcán colima en función del tiempo se ha estudiado utilizando los

datos adquiridos a partir de febrero 2007 a junio 2010 para las imágenes ALOS y

diciembre del 2002 a febrero del 2009 para imágenes ENVISAT. Un estudio precedente

ha utilizado los datos ENVISAT sobre un periodo de tiempo más restringido (2002 a

2006), donde resulta en evidencia una señal de subsidencia en la zona cumbre del

volcán del orden de 20mm/año.



III. FUNDAMENTO TEORICO

La Interferometria SAR (Synthetic Aperture Radar), InSAR, es una técnica de

teledetección utilizada a partir de los datos de satélite SAR que han sido utilizados con

éxito en diferentes aplicaciones, para tener una vista general, ver y leer: dinámica de

glaciares [2, 3], terremotos [4, 5], volcanes [6, 7], deslizamientos [8, 9] y las

deformaciones debido a la explotación acuífera, la explotación minera y los trabajos de

construcción [10, 11, 12]. Para un descripción de la técnica, ver [13]. El objetivo de este

estudio es describir la deformación del volcán en función del tiempo y evaluar la

eficacia de la técnica InSAR usando las imágenes satelitales disponibles.

Los Sistemas de Radar de Apertura Sintética (SAR), son sistemas activos, es decir, que

proporcionan su propia fuente de energía, esto es una ventaja porque el radar puede

funcionar en cualquier condición meteorológica, de día como de noche. Los SAR son

sistemas de radar coherentes, que generan imágenes en alta resolución, que conservan a

la vez la fase y la amplitud de la señal recibida. Una apertura sintética o de antena

virtual está formada por una amplia gama de señales de radar sucesivas y coherentes,

que son transmitidas y recibidas por una pequeña antena que se mueve a lo largo de una

trayectoria dada u orbita. El tratamiento de la señal utiliza las amplitudes y las fases de

la señal recibida sobre los pulsos sucesivos para crear una imagen. Las imágenes SAR

expresa la distribución espacial de la amplitud y la fase de la señal de regreso por

reflexión en el terreno y/o de los objetos presentes en la zona escaneada por el satélite.

La amplitud está directamente ligada a las propiedades dieléctricas (reflectancia) del

terreno y la fase de la señal está ligada a la distancia entre el sensor (satélite) y la tierra

para cada pixel. Por otra parte, la señal reflejada puede sufrir un desfasaje debido a la

reflectividad del terreno, así como la propagación de la señal a través de la atmosfera y

el ruido.

La interferometria SAR, InSAR, es una técnica geodésica, basado en la combinación de

dos imágenes SAR de la misma zona adquirida a partir de puntos ligeramente

diferentes. El resultado de esta combinación de imágenes es una nueva imagen conocida

con el nombre de interferograma. La adquisición de imágenes puede ser simultanea

tomando las imágenes a través de dos antenas ligeramente separadas o secuencialmente.

En este último caso, la primera imagen es llamada imagen de referencia maestra,

mientras que la segunda (adquirida luego de la fecha de la primera) es llamada imagen



esclava. Suponiendo que las fases de reflectividad del terreno y el retardo atmosférico es

el mismo en las dos imágenes, y que el ruido en las dos imágenes puede ser omitido, la

fase del interferograma (fase interferometrica) es calculada sustrayendo la fase de las

dos imágenes SAR:

φint = φM – φS = 4𝜋 (𝑅𝑚 – 𝑅𝑠)

𝜆 =

4𝜋𝛥𝑅

𝜆 = φtop + φdef + φatm + φnoise (1)

Donde φM y φS son las fases de las imágenes del maestro y del esclavo

respectivamente, Rm y Rs son las distancia entre el sensor y el punto sobre el suelo del

maestro y del esclavo respectivamente, y 𝜆 es la longitud de onda utilizado, φtop es la

componente de la topografía, φdef es la componente de la deformación, φatm es la

componente atmosférica y φnoise es la componente de ruido.

La ecuación (1) sugiere que en las condiciones mencionadas precedentemente, la

diferencia de fase interferometrica es proporcional a la diferencia de la trayectoria de la

señal durante las dos adquisiciones. Debido a la diferencia de la geometría de la

adquisición, la diferencia de caminos recorridos por la señal es la suma de varias

contribuciones producidas por la deformación (φdef), topografía (φtop), la atmosfera

(φatm) y el ruido (φnoise):

φint = = 4𝜋𝛥𝑅

𝜆 =

𝑆𝑃−𝑀𝑃 𝜆

4𝜋

+ 𝑆𝑃′−𝑆𝑃

𝜆

4𝜋

+ φatm + φnoise = φtop + φdef + φatm + φnoise (2)



Figura.1 Geometría de una adquisición interferometrica SAR. Los parámetros de la figura son

los siguientes: B es la línea de base, Bperp es la base perpendicular, M y S son los satélites

maestro y esclavo, R es la distancia del satélite M a P (punto sobre el suelo), y “z” es el

movimiento o deformación vertical.

La técnica InSAR diferencial clásica (DInSAR), trata de eliminar las componentes

conocidas de la ecuación (2) para obtener la fase relacionada a las deformaciones del

terreno. La contribución de una superficie de referencia (también conocida como

contribución orbital) puede ser estimada utilizando las orbitas precisas. La contribución

topográfica puede ser simulada a partir de un modelo numérico de terreno (MNT).

La componente atmosférica representa otra fuente importante de error. Las imágenes

que no son adquiridas en el mismo tiempo, pueden haber sido tomadas en diferentes

condiciones atmosféricas, de tal manera que el tiempo de viaje de la señal varia. Cuando

se tiene acceso solamente a un par de imágenes SAR, la identificación y la

cuantificación de las estructuras atmosféricas es una tarea imposible sin la ayuda de una

información externa (GPS, MERIS, Meteosat, NARR, ERAI). En ciertos casos, las

estructuras atmosféricas pueden ser ignoradas (solo en el caso de que la señal de

deformación sea importante y dominante). En caso donde varias imágenes están

disponibles, la comparación de múltiples interferogramas puede ayudar a identificar las

imágenes que son afectadas por perturbaciones atmosféricas. La principal hipótesis es

que la fase de deformación está fuertemente correlacionada entre los pares de imágenes

mientras que los términos de error no son independientes. En consecuencia, la



combinación de varios interferogramas, también pueden igualmente ayudar a reducir la

influencia de las estructuras atmosféricas.

Debido al carácter cíclico de la fase, la fase interferometrica está comprendida entre los

valores de -pi y pi (o entre 0 y 2pi), es decir la fase interferometrica tiene módulo de

2pi, es la fase envuelta. El procedimiento utilizado para recuperar la fase original de la

señal se llama “desenvolvimiento de fase” (phase unwrapping), el cual es una etapa

importante en el tratamiento interferometrico. La sensibilidad de la fase interferometrica

para detectar la deformación es muy elevada. Cada banda es aproximadamente una

diferencia en la distancia (deformación) de lambda/2 en la línea de observación del

radar, LOS (Line Of Sight).

La calidad de los datos de deformación del terreno obtenido, utilizando la técnica

DInSAR, depende de la calidad de la fase interferometrica diferencial. El parámetro

utilizado para evaluar la calidad de la fase, es llamado coherencia interferometrica (φ), y

puede ser interpretado como una herramienta útil para medir la similitud entre las dos

imágenes SAR. La coherencia interferometrica para dos imágenes SAR complejas, gm

(imagen maestra) y gs (imagen esclavo) se define como sigue:

φ = |∑ 𝑔𝑀 𝑔𝑆

∗

√∑|𝑔𝑀(𝑥,𝑦)|2 ∑|𝑔𝑠(𝑥,𝑦)|2| (3)

Donde gs* es el complejo conjugado de la imagen esclava.

La coherencia es definida entre el valor de 0 y 1. Si la coherencia es igual a cero, esto

significa que el interferograma tiene mucha decorrelacion y por lo tanto el

interferograma tiene demasiado ruido y no está relacionado a la deformación. En el otro

extremo, una coherencia próxima a 1 corresponde a un interferograma libre de ruido, a

partir del cual se puede generar una carta de deformación de calidad superior.

Las fuentes de decorrelacion (o degradación de la coherencia) son la decorrelacion

temporal y la decorrelacion espacial.



La decorrelacion temporal es debida a las variaciones de reflectividad de los puntos de

la imagen que pueden ser causadas por la lluvia, el viento sobre la vegetación, el

crecimiento de los mismos, arado de los campos, etc.

La decorrelacion espacial es debida a los cambios en la geometría del terreno en la

adquisición de las imágenes. La degradación de la correlación aumenta a medida que la

distancia aumenta entre los satélites en el momento de la adquisición, esta distancia es

conocida bajo el nombre de base. El componente de la línea de base perpendicular a la

dirección de observación Bp tiene una mayor influencia sobre el grado de decorrelacion

espacial.



IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

En este estudio se han utilizado las imágenes de radar obtenidas por dos satélites

diferentes (ver figura.2) , las imágenes radar ALOS-PALSAR (satélite japonés con

adquisición en la Banda L, longitud de onda de 22 cm) ascendentes (pistas 195 y 194) y

descendente (pistas 505) con las adquisiciones de febrero 2007 a julio 2010; las

imágenes de radar ASAR-ENVISAT (satélite de la agencia espacial europea con una

adquisición en la banda C, longitud de onda de 5.6 cm) descendentes (pista 384) con las

adquisiciones de diciembre 2002 a febrero 2009. Se ha usado el modelo numérico de

terreno (MNT) SRTM con una resolución espacial de 45m para estimar y eliminar la

contribución de la topografía del terreno.

Las Figuras 3.1 y 3.2 muestran la distribución espacial y temporal de los datos

utilizados para estudiar el volcán, así como el número de imágenes y de los

interferogramas utilizados para cada pista.

Figura.2 Sobre el fondo del Google Earth, son representadas las imágenes adquiridas por el

satélite ALOS-PALSAR, rectángulo rojo (ascendente-pista 195), azul (ascendente-pista 194) y

amarillo (descendiente-pista 505); y ASAR-ENVISAT, rectángulo turquesa (descendiente-pista

384). La estrella es la posición del volcán de Colima y el rectángulo verde es el modelo

numérico del terreno (MNT). Los círculos amarillos muestran los puntos del modelo

meteorológico global (ERAInterim) utilizado para la corrección atmosférica.



A continuación se define una red de líneas de base de interferogramas utilizando las

líneas de base perpendicular (distancia) y temporal (tiempo). Para las imágenes ALOS-

PALSAR se han calculado 12 interferogramas solamente para la pista 195 y para las

imágenes ENVISAT se calcularon 116 interferogramas.

Figura.3.1 Repartición espacial-temporal de los datos ENVISAT (pista descendiente 384). La

figura muestra las líneas de base perpendicular versus temporal con las 42 imágenes y las 116

interferogramas calculadas sobre el periodo de diciembre 2002 a febrero 2009.

Figura.3.2 Repartición espacial-temporal de los datos ALOS (pista ascendente 195). Los puntos

rojos son los datos, las líneas azules son los pares de interferogramas (12 interferogramas)

calculados sobre el periodo febrero 2007 a julio 2010.



V. METODO APLICADO

En este estudio en particular se ha utilizado dos métodos diferentes, debido a la cantidad

de imágenes que se tienen para cada satélite, ALOS-PALSAR (10 imágenes) y

ENVISAT (42 imágenes)

Para el tratamiento de las imágenes ALOS-PALSAR, se ha utilizado el software libre

ROI-PAC (Repeat Orbit Interferometry PACkage) desarrollado por el JPL (Rosen et al.,

2004), con el método clásico de ROI-PAC para los sistemas SAR (Synthetic Aperture

Radar) quien produce los interferogramas diferenciales. Los interferogramas calculados

han podido ser desenvueltos porque la coherencia era relativamente buena. A

continuación ellos han sido corregidos, luego del desenvolmiento, de las estructuras

troposféricas utilizando el modelo meteorológico global ERAI según el método descrito

por Doin et al. 2009.

𝜕𝑡𝑟𝑜𝑝𝑜

𝜕𝑧=

2 ∗ 10−6 ∗ 2𝜋

𝜆cos (ө) (𝑘1

𝑃

𝑇+ 𝑘2

𝑒

𝑇+ 𝑘3

𝑒

𝑇2+ 𝑘4 𝑊𝑐 + 𝑘5

𝑛𝑒

𝑓2) (4)

Donde P es la presión total (mbar), e la presión parcial de vapor de agua (mbar), T la

temperatura (K), Wc la proporción de agua en las nubes (gm3), ne la densidad

electrónica de la ionosfera, f la frecuencia del radar, λ la longitud de onda del radar y ө

el ángulo de incidencia, k1 = 77.6 Kmbar-1

, k2 = -6Kmbar-1

y k3 = 3.75 105 K

2mbr

-1

(Smith &weintraub,1953).



Figura.4 Diagrama de flujo del software clásico ROIPAC para el tratamiento de las imágenes

SAR aplicado a las imágenes ALOS-PALSAR.

Para el tratamiento de imágenes ASAR-ENVISAT, se disponía de una gran numero de

imágenes (42) y para tomar ventaja del método de series temporales, se ha utilizado la

cadena NSBAS (New Small BASeline), que está basado sobre el software ROI-PAC y

especialmente optimizado para vigilar el movimiento del suelo de débil amplitud, que se

produce sobre grandes superficies y los entornos naturales.

Se esperaba así aumentar suficientemente el valor señal/ruido para poder nosotros

superar los problemas de coherencia.



El paquete NSBAS es una cadena de procesamientos, quien trata los datos (imágenes

radar) para el análisis de series temporales. Una parte es basada en el retorno sobre la

inversión con los módulos ROIPAC, y la ayuda de las rutinas originales y nuevas para

el procesamiento en serie en una geometría de radar común en todas las imágenes SAR

e interferogramas. La característica principal del software es el rango espectral que

depende del filtraje para mejorar la coherencia en los interferogramas con las grandes

líneas de base espacial. Las componentes suplementarias comprenden un módulo para

estimar y eliminar los errores en los modelos numéricos de terreno antes del

desenvolmiento, un módulo para reducir los efectos de retardo de la fase atmosférica y

para eliminar los errores residuales de orbita, y un módulo para la construcción del

cambio de fase de la serie de tiempo de los interferogramas de pequeña línea de base

(Berardino et al., 2002).

La cadena de tratamiento NSBAS mostrada en un diagrama de flujo en la figura

siguiente.

En este caso, la corrección de las estructuras troposféricas ha sido realizada antes de la

etapa de desenvolvimiento.



Figura.5 Diagrama de flujo de las etapas de la cadena de tratamiento NSBAS (Romain Jolivet,

Tesis).



VI. RESULTADOS

1. Resultados para las imágenes ALOS-PALSAR

La primera etapa consiste a partir de los datos RAW para obtener los interferogramas

diferenciales: los datos RAW son focalizados y se obtiene el formato SLC (Single Look

Complex), ver Figura.6, es elegido un doppler de focalización con el fin de maximizar

el ancho de banda entre las imágenes y el filtraje en el azimut, después todas las

imágenes esclavas son re-muestreadas en la geometría de una imagen de referencia

llamada maestro utilizando las orbitas precisas y una carta de modelo numérico de

terreno (MNT).

Figura.6 Imágenes de amplitud focalizada (formato SLC): adquisición del 13 abril 2007 (a la

izquierda) y del 29 agosto 2007 (a la derecha). El rectángulo es la ubicación del volcán Colima.

La pareja de imágenes es caracterizada por una base perpendicular de 275.5m y una base

temporal 138 días de la imagen ALOS-PALSAR (ascendente pista 195).



La segunda etapa es la fase de filtraje, de desenvolvimiento, y la corrección atmosférica

de los interferogramas, la órbita y los errores DEM. El orden en que las diferentes tareas

son efectuadas depende de las características de los datos.

La etapa de desenvolvimiento y filtro antes de los diferentes módulos de corrección

parece funcionar bien en las zonas de topografía severa donde se vuelve fundamental

para eliminar la señal de la estratificación atmosférica y los errores DEM de la fase

envuelta (Jolivet et al., 2011b). Se ha utilizado un filtro de coherencia dependiente, esta

es una media ponderada de la fase compleja con la técnica de las ventanas corredizas.

Este filtro medio permite la recuperación de la fase de información útil a partir de las

zonas incoherentes lejos del volcán, pero reduce las gradientes de fase o los saltos en la

deformación rápida. (Ver Figura.7)



a b c

d

Figura.7 La imagen 'a' muestra la coherencia, la imagen 'b' muestra la fase de interferograma, la

imagen 'c' muestra el interferograma filtrado y la imagen 'd' muestra el modelo numérico de

terreno utilizado para la pareja de imágenes ALOS de adquisición del 13 abril 2007 y del 29

agosto 2007.



El desenvolmiento que se ha utilizado es el algoritmo Branch-cut de ROIPAC

(Goldstein y al., 1988), ajustado a la fase del interferograma coherente. Los anillos de

colores son construidos sobre las zonas coherentes por una inspección visual de todos

los interferogramas. El desenvolvimiento toma igualmente en cuenta las reducciones

definidas por ROIPAC, pero el desenvolmiento se inicia en las zonas con mayor

coherencia. Cuando todos los dominios ligados a la coherencia son desenvueltas, el

umbral de la coherencia disminuye y luego de algunas iteraciones, el umbral aumenta de

nuevo, con el fin de desarrollar siempre las primeras zonas con coherencia altas. Las

iteraciones continúan hasta el umbral inferior.

Luego del desenvolvimiento, las correcciones empíricas de retardo atmosférico y de los

errores de orbita residual son re-estimados. Las dos contribuciones pueden ser inversas

para asegurar la coherencia en la red interferometrica antes de la revisión final de estos

términos.

Para la corrección atmosférica, el retardo de fase ha sido calculado empíricamente

ajustando la función de fase (envuelto o no), que varía lentamente con el azimut.

A continuación, los efectos atmosféricos pueden ser corregidos utilizando el re-análisis

atmosférico con el ECMWF (European Centre for Media-Range Weather Forecast) para

meteorologías de medio rango de previsión de tiempo ERAI (ERAInterim), un enfoque

validado por Doin et al. (2009) y Jolivet et al. (2011A).



a b c

Figura.8 La imagen 'a' es el interferograma filtrado y desenvuelto, la imagen 'b' es el modelo de

corrección atmosférica calculado a partir del modelo meteorológico global ERAI y la imagen 'c'

es el interferograma corregido de la estructura troposférica estimado por ERAI (a – b = c). Una

gran parte del gradiente de fase correlacionado a la topografía está eliminado, para la pareja de

imágenes ALOS de adquisición del 13 abril 2007 y del 29 agosto 2007.

En la Figura.8 Se observa una buena corrección atmosférica en la región del volcán,

donde las franjas correlacionas a la topografía son eliminadas gracias al modelo

meteorológico ERAI. Además, usted puede ver que las franjas son eliminadas en otras

zonas fuera del volcán.

Luego de hacer todas las correcciones necesarias a la fase interferometrica, la mayor

parte de los interferogramas muestran una fuerte estructura troposférica y su coherencia

es débil, a continuación, se busca un espacio común en todas las imágenes

interferometricas, donde se encuentre el volcán y la coherencia es mejor para analizar la

evolución de la deformación en función del tiempo (ver Figura.9).



Figura.9 la imagen muestra la zona de análisis del volcán donde se observa claramente una

señal de subsidencia en el flanco sur este del volcán (circulo azul). (Círculo rojo: cráter del

volcán Colima)

Para el resultado final de las imágenes ALOS (ascendente, pista 195), se ha hecho una

media de los interferogramas desenvueltos:

𝑉 = ∑𝜑𝑖 ∗ 𝐵𝑇𝑖

∑ 𝐵𝑇𝑖

2𝑖

(5)

Donde φi es la fase interferometrica final ya corregida, BT es la base de tiempo et V la

velocidad media de desplazamiento en la línea de vista.

De esta manera se pone en evidencia sobre el flanco Sur – Este del volcán Colima una

señal de subsidencia para el periodo de febrero de 2007 a julio de 2010 (circulo azul

Figura.9)



2. Resultados para las imágenes ENVISAT

A continuación se muestra los resultados de las imágenes ENVISAT, adquiridas del 25

marzo de 2007 y del 3 junio de 2007 con una base perpendicular de 202.2 m y una base

temporal de 70 días.

Contrariamente al procesamiento clásico del ROIPAC, una nueva característica de

NSBAS es el filtraje espectral adaptado a la pendiente del terreno (Guillaso et al.,

2011), filtraje aplicado a los SLCs antes de producir los interferogramas diferenciales.

Estos mejoramientos de la versión actual del ROIPAC aumentan la coherencia para la

línea de base perpendicular larga (350-500m) y las zonas de alto relieve.

Figura.10 La imagen a la izquierda muestra la coherencia entre las dos imágenes y la imagen a

la derecha muestra la fase del interferograma.

a b c

Figura.11 La imagen 'a' muestra la fase del interferograma, la imagen 'b' muestra el modelo de

corrección atmosférica ERAI desenvuelta y la imagen 'c' muestra el resultado de sustraer la

parte atmosférica.



Figura.A Evolución temporal de los valores retraso/elevación (en rad/km) inducida por una

troposfera estratificada al volcán de Colima. Los valores representan una media obtenida por un

rango de altitud de 0 a 4500m. Los símbolos azules y verdes son los valores de retraso calculado

a partir del modelo meteorológico global ERAInterim (puntos Erai7 y Erai8 localizados en la

Figura.2) para las fechas de adquisición de la pista ENVISAT 384. Los triángulos son los

valores estimados con la ayuda del modelo meteorológico NARR (Pinel et al. 2011). La función

senoidal que mejor se ajusta a los valores obtenidos con el modelo NARR está representado de

color rojo (Pinel et al. 2011).

En el caso de los datos ENVISAT, se ha podido comparar el valor estimado de retardo

troposférico con ayuda del modelo ERAI y el que se estimó a partir del modelo NARR

(Pinel et al., 2011). En la Figura.A, se observa la variación temporal del

retardo/elevación (rad/km), los valores calculados a partir del dominio ERAInterim de

este estudio presentan una variación temporal similar a los valores calculados con el

modelo meteorológico NARR (North American Regional Reanalysis) por Pinel et al.

2011.



Finalmente, para las imágenes ENVISAT a pesar de la utilización del NSBAS, la

coherencia es mala en particular sobre las pendientes del volcán debido a la vegetación

y los depósitos de cenizas próximas al cráter. Por esta razón nosotros no se ha podido

desenvolver correctamente los interferogramas y no se ha podido utilizar el método de

inversión de series temporales. Por ello se ha hecho una media de interferogramas

desenvueltas. Pero no ha dado un buen resultado.

Figura.12 La figura muestra el espacio común de mejor coherencia para las imágenes

ENVISAT, donde el círculo rojo es el cráter del volcán y no muestra alguna deformación debido

a la débil coherencia en los interferogramas.



VII. CONCLUSIONES

Este estudio muestra la dificultad de utilizar el interferograma SAR para el Strato-

volcán andesitico Colima porque hay una falta de coherencia debido a la vegetación y

una fuerte estructura troposférica (Figure.11) por esta razón es difícil detectar los

pequeños desplazamientos; una pendiente de coherencia ha sido observado muy

claramente en las imágenes ENVISAT (banda C).

Para las imágenes ALOS-PALSAR en banda L, se observa una mejor coherencia

porque la banda L es menos sensible a la vegetación. Se ha podido obtener 7

interferogramas de buena calidad que fue analizado y corregido de la estructura

inducida por la troposfera estratigráfica gracias al modelo meteorológico global ERAI.

Enseguida sea minimizada las estructuras inducidas por la parte turbulenta de la

atmosfera efectuando una media, esto ha permitido poner en evidencia una señal. Sobre

la figura.9 se puede ver claramente la señal de subsidencia sobre el volcán que es

máxima sobre las coladas, esta señal corresponde a una subsidencia del orden de 1.5

cm/año durante el periodo de 2007 a 2010, y es coherente con los estudios realizados

entre 2003 y 2007 (Pinel et al. 2011).

Esta señal de subsidencia fue calculada por medio de la técnica “InSAR”, el cual fue

hallada a través de las imágenes satelitales de radar ALOS-PALSAR que tienen

dimensiones de área en Km2, sin necesidad de hacer algún trabajo de campo en el

volcán para obtención de datos, así como otras técnicas geofísicas (Sismología,

gravimetría, GPS, etc) que necesitan adquirir datos en el zona de investigación, por lo

tanto esta técnica es muy ventajosa para realizar trabajos de investigación en zonas de

peligros geofísicos.



VIII. REFERENCIAS

[1]. Hanssen, R., 2001. Radar interferometry. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht,

Holland, p. 308.

[2]. Goldstein, R.M., Englehardt, H., Kamb, B., Frolich, R.M., 1993. Satellite radar

interferometry for monitoring ice sheet motion: application to an Antarctic ice stream. Science,

262:1525-1530.

[3]. Kwok, R., Fahnestock, M.A., 1996. Ice sheet motion and topography from radar

interferometry. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 34(1):189-200.

[4]. Massonnet, D., Rossi, M., Carmona, C., Adragna, F., Peltzer, G., Felgl, K., Rabaute, T.,

1993. The displacement field of the Landers earthquake mapped by radar interferometry.

Nature, 364:138-142.

[5]. Massonnet, D., Feigl, K., Rossi, M., Adragna, F., 1994. Radar interferometry mapping of

deformation in the year after the Landers earthquake. Nature, 369:227-230.

[6]. Massonnet, D., Briole, P., Arnaud, A., 1995. Deflation of Mount Etna monitored by

spaceborne radar interferometry. Nature, 375:567-570.

[7]. Amelung, F., Jonson, S., Zebker, H.A., Segall, P., 2000. Widespread uplift and 'trapdoor'

faulting on Galápagos volcanoes observed with radar interferometry. Nature, 407:993-996.

[8]. Carnec, C., Massonnet, D., King, C., 1996. Two examples of the use of SAR interferometry

on displacement fields of small spatial extent. Geophysical Research Letters, 23(24):3579-3582.

[9]. Kimura, H., Yamaguchi, Y., 2000. Detection of landslide areas using satellite radar

interferometry. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, 66(3):337-344.

[10]. Amelung, F., Galloway, D.L., Bell, J.W., Zebker, H.A., Laczniak, R.J., 1999. Sensing the

ups and downs of Las Vegas: InSAR reveals structural control of land subsidence and aquifer-

system deformation. Geology, 27(6):483-486.

[11]. Tesauro, M., Berardino, P., Lanari, R., Sansosti, E., Fornaro, G., Franceschetti, G., 2000.

Urban subsidence inside the city of Napoli (Italy) observed by satellite radar interferometry.

Geophysical Research Letters, 27(13):1961-1964.



[12]. Strozzi, T., Wegmuller, U., Tosi, L., Bitelli, G., Spreckels, V., 2001. Land subsidence

monitoring with differential SAR interferometry. Photogrammetric Engineering & Remote

Sensing, 67(11):1261-1270.

[13]. Agudo, M., Biescas, E., Monserrat, O., Martínez, J., Crosetto, M., Herrera, G., 2005.

¿Cómo medir las deformaciones del terreno con teledetección radar?. 6ª Semana Geomática,

Barcelona, 8-11 Febrero 2005.

[14]. Breton Gonzalez M., Ramirez J. J.,Navarro C., Summary of the historical history of

Volcan Colima. Mexico 1519-2000, 2002, J. Volcanol. Geothermal Res., 117, 21-46.

[15]. De la Cruz-Reyna S., Tilling R.I. Scientific and public responses to the ongoing volcanic

crisis at Popocat´epetl volcano, Mexico: Importance of an effective hazards-warning system,

2007, J. Volcanol. Geothermal Res.,(in press).

[16]. Siebe C., Abrams M., Macias J.-L., Obenholzner J., Repeated volcanic disasters in

Prehispanic time at Popocatepetl, central Mexico/Past key to the future?, 1996, Geology, 24,

399-402.

[17]. Zobin. V., Navarro C., Reyes-Davila G., Orozco J., Breton M., Tellez A., Reyes-Alfaro

G., Vazquez H., The methodology of quantification of volcanic explosions from broad-band

seismic signals and its application to the 2004-2005 explosions at Volcan de Colima, Mexico,

2006, Geophys. J. Int., 167, 467-478.

[18]. V. Pinel, A. Hooper, S. De la Cruz-Reyna, G. Reyes-Davila, and M. P. Doin., Study of the

deformation field the two active Mexican StratoVolcanoes (Popocatepetl and Colima Volcano)

by time series of InSAR data. 2007

universidad nacional de ingenierÍa facultad de...

Documents