کاربرد “ماهواره‌های راداری” در پایش فرونشست و مناطق زلزله‌زده

به گزارش گروه اخبار فضایی خبرگزاری برگزیده های ایران، ما دنیای اطراف خود را از طریق حواس پنج‌گانه مشاهده می­‌کنیم؛ بعضی حواس نظیر حس لامسه و حس چشایی نیاز به تماس مستقیم با اجسام پیرامون دارند در حالی که حواس بینایی و شنوایی جهت شناسایی اجسام نیاز به چنین تماس فیزیکی نزدیکی ندارند؛ به عبارت دیگر ما همواره درحال بررسی و سنجش از فاصله دور هستیم.

سنجش از دور عموماً به فعالیت‌هایی از قبیل ثبت، مشاهده، درک و بررسی اشیاء یا حوادث در مکان‌های دور مربوط می­‌شود. در سنجش از دور، سنجنده­‌ها در تماس مستقیم با اشیاء یا حوادث مورد مشاهده نیستند. خروجی یک سیستم سنجش از دور معمولاً تصویری از منطقه مورد مشاهده است. در مرحله بعد جهت استخراج اطلاعات، این تصاویر مورد تحلیل و تفسیر قرار می­‌گیرند.

اطلاعات نیز باید از طریق یک حائل میانی، از اجسام به سنجنده‌­ها حمل شود و پرتو الکترومغناطیس(پدیده‌ای موجی است که در فضا منتشر می‌شود و از میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی ساخته شده‌ است) وظیفه چنین انتقالی را برعهده دارد. امواج الکترومغناطیس در فضا با سرعتی یکسان حرکت می‌کنند که معمولاً تحت عنوان سرعت نور شناخته می­‌شود.

طیف الکترومغناطیس می­‌تواند به چندین محدوده طول موجی و یا (فرکانسی) تقسیم شود که تنها محدوده‌ای در حدود 400 تا 700 نانومتر است که چشم انسان قابلیت رؤیت آن را دارد. ریزموج‌­ها(امواج الکترومغناطیسی که طول موج آن‌ها کمتر از امواج رادیویی و بیشتر از امواج فروسرخ است) طول موج حدود یک میلی‌متر تا یک متر دارند. این امواج خود به محدوده­‌های فرکانسی متعدد به نام­‌هایی مانند P,L,S,C,X تقسیم می‌­شوند.

از نظر طول موج، سنجش از دور را می‌­توان به سه دسته تقسیم کرد:

1. سنجش از دور مرئی و مادون قرمز بازتابان یا انعکاسی

2. سنجش از دور مادون قرمز حرارتی

3. سنجش از دور ریزموج یا ماکرویو (رادار )

منبع انرژی در سنجش از دور مرئی و مادون قرمز انعکاسی، خورشید است. منبع انرژی تابشی در سنجش از دور مادون قرمز، خود جسم است (هر شئ با دمای بیش از صفر کلوین، پرتو الکترومغناطیس تولید می­‌کند).

در ناحیه ماکرویو، دو نوع سنجش از دور وجود دارد: سنجش از دور ماکرویو غیرفعال Passive و فعال Active. در سنجش از دور ماکرویو غیرفعال، پرتو ریزموج متصاعد شده از یک شی ثبت می­‌شود اما در سنجش از دور ماکرویو فعال میزان بازگشت یا پس پراکنش (back scatter) ریزموج ارسالی از سنجنده، ثبت می­‌شود.

در حقیقت این سنجنده­‌های فعال ریزموج یا رادار ابزاری ویژه جهت ایجاد و گسیل امواج ماکرویو دارند. بنابراین تصویر را می‌­توان در طول شب و یا روز بدون نیاز به وجود یک منبع دیگر تولیدکننده انرژی ماکرویو ثبت کرد.

ریزموج‌­ها دارای مزیت دیگری نیز هستند؛ این امواج می‌­توانند داخل ابر نفوذ کرده و از آن عبور کنند؛ بنابراین هنگامی که پوشش ابر در منطقه وجود دارد، باز هم امکان تصویربرداری از سطح زمین را فراهم می‌­آورند.

سنجش از دور ماکرویو در زمینه هواشناسی، هیدرولوژی، اقیانوس‌­شناسی، کشاورزی، مطالعه جنگل، یخ و برف، توپوگرافی، رطوبت خاک، پروفیل ازن، بخار آب موجود در جو و تشخیص لکه­‌های نفتی کاربرد دارد.

پرتوسنج‌­های ریزموج سنجنده­‌های غیرفعالی هستند که ریزموج­‌های تابیده شده از سطح زمین را ثبت می‌کنند. از چنین پرتوسنج‌هایی می­‌توان برای اندازه­‌گیری محتوای آب موجود در جو استفاده کرد.

ارتفاع سنج راداری، سیگنال ماکرویو را فرستاده و سیگنال برگشتی از سطح زمین را دریافت می­کند. ارتفاع زمین از طریق تاخیر زمانی سیگنال­‌های برگشتی اندازه­‌گیری می‌شود.

از پراکندگی­‌سنج بادی می‌­توان برای تعیین جهت و سرعت باد در اقیانوس‌ها استفاده کرد که سیگنال ریزموج را در جهات مختلف فرستاده و میزان سیگنال‌­های پس پراکنده از سطح اقیانوس را ثبت می­‌کند. میزان این سیگنال بازگشتی به ناهمواری سطح اقیانوس بستگی دارد که ناشی از وجود باد در سطح دریاست و از این رو سرعت و جهت باد را می­‌توان اندازه‌­گیری کرد.

یک سیستم تصویربردار ریزموج که می­‌تواند تصاویری با قدرت تفکیک مکانی بالا از زمین تولید کند، رادار روزنه مصنوعی (SAR) است. SAR شکلی از رادار است که برای ایجاد تصاویر دو بعدی یا بازسازی سه بعدی اشیاء مانند مناظر استفاده می‌شود.

تصویربرداری توسط «SAR»

در تصویربرداری راداری روزنه مصنوعی یا سار، امواج به وسیله یک آنتن به سطح زمین گسیل می­‌شوند، انرژی موج بازگشتی به ماهواره اندازه‌­گیری می‌­شود و در نهایت به کمک این تأخیر زمانی در سیگنال بازگشتی تصویر ایجاد می‌شود.

هنگامی که امواج رادار به سطحی برخورد می­‌کنند، میزان انرژی بازگشتی به سنجنده به عوامل زیادی بستگی پیدا می­‌کند:

1. عوامل فیزیکی نظیر ثابت دی‌الکتریک مواد موجود در سطح که آن هم به میزان رطوبت بستگی دارد.

2. عوامل هندسی نظیر ناهمواری (زبری و نرمی سطح)، شیب، جهت و توجیه اشیاء نسبت به مسیر موج راداری

3. نوع پوشش زمینی (خاک، گیاه، ساخته‌های دست بشر)

4. فرکانس موج ماکرویو، قطبش یا پلاریزاسیون و زاویه برخورد (زاویه تابش) موج

به دلیل همین نوع تعامل بین موج رادار و پدیده مورد بررسی است که می‌­توانیم از رادار به منظور ارزیابی میزان رطوبت خاک، مطالعه ناهمواری­‌های سطوح، طبقه­‌بندی پدیده­‌ها و ارزبایی تغییرات موارد یاد شده استفاده کنیم.

همانگونه که ذکر شد، یکی از ویژگی­‌های مهم رادار، امکان نفوذ آن از ابر است، بنابراین عموماً از داده رادار می‌توان در شرایط زیر استفاده کرد:

در مطالعه مناطقی که همواره درصد ابرناکی بالایی دارند مانند مناطق شمالی ایران

به منظور پایش مناطق سیل زده زمانی که با بارش باران یا وجود پوشش ابر بر فراز مناطق حادث دیده

کاربرد ماهواره راداری در پایش سیل و زلزله

در این خصوص می‌توان به اقدامات ارزشمند پژوهشگاه فضایی ایران، سازمان نقشه­‌برداری کشور و سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح در پی وقوع سیلاب­‌های سال 1398 اشاره کرد. شکل زیر محدوده مناطق سیل­‌زده (محدوده­‌های آبی رنگ) در پیرامون شهر معمولان در استان لرستان که بر اساس تحلیل تصاویر رادار صورت گرفته است را نشان می‌دهد. این تصاویر در زمان وقوع سیلاب توسط ماهواره راداری آژانس فضایی ژاپن اخذ شده است.

کاربرد جالب دیگر داده­‌های رادار از نوع سار، برآورد میزان جابه­‌جایی پوسته زمین پس از وقوع حوادثی مانند زلزله و فرونشست در بازه‌‌های زمانی مختلف است. در موضوع فرونشست می­‌توان به اقدامات سازمان نقشه­‌برداری کشور در تولید نقشه فرونشست دشت‌های مختلف کشور اشاره کرد و در موضوع زلزله می­‌توان به تحلیل‌های انجام شده از داده‌های این ماهواره در پی وقوع زلزله سرپل ذهاب استان کرمانشاه در سال 1396 اشاره داشت.

شکل زیر نتایج تحلیل میزان جابه­‌جایی پوسته زمین بعد از وقوع این زلزله 7.3 ریشتری بر اساس تصاویر رادار تأمین شده توسط آژانس فضایی اروپا را نشان می‌­دهد.

/