鄭心瑜（現為台灣大學地理系大四學生）

上一篇提到了有關於合成孔徑雷達的干涉技術(Interferometric synthetic aperture radar, InSAR)的基本介紹，而隨著雷達遙測技術的日新月異，其相關應用之廣，涵蓋地震、火山、冰川、山崩、地層下陷、河流移動、基礎設施監控、甚至生物量估計。NASA’s Jet Propulsion Laboratory (JPL)的InSAR先驅Paul Rosen曾說，透過InSAR觀測地球，在任何地方都會看到新的事物，就像孩子進到了糖果店。

今年(2021年)二月， Julia Rosen在Science期刊發表了一篇文章，回顧了1950年代雷達從軍事用途的源起歷史，到近幾十年SAR影像的各種應用；而Helmut Rott於2009年在Progress in Physical Geography發表的文章除了InSAR的測量原理外，更詳細的介紹運用干涉技術繪製地震和火山變形圖、監測山崩和地層下陷，以及冰川運動，文末更提及雷達於生物量的應用。而初學者非常適合透過這兩篇文章理解SAR影像的廣泛的應用。以下針對常見之地球系統觀測應用進行說明。

地震

相較GPS點式分布的監測，InSAR為面狀的觀測，在空間上具有更多的細節，能觀察大範圍的變形場，並且能與GPS資料互補校正，故InSAR 已成為研究地震前、地震中（同震）和地震後變形的基本工具。

火山

由於火山爆發引起的火山灰以及火山雲，對於光學遙測、空載遙測等皆為一大難題，而透過雷達遙測可穿透雲層的優點，使我們可以在監測噴發前、噴發時火山雲還未散去，以及噴發後的火山變形過程；另外，雷達觀測也可以應用在模擬岩漿庫活動。

山崩

使用不同的時間基線的干涉對，InSAR觀測到的運動幅度會不同，使用間隔一年以上的干涉對，每年測得毫米到公分不等。由於時間尺度不同的問題，星載的InSAR適合觀測較慢的滑動，而地基的SAR系統或許能監測更快的運動。

地層下陷

地下水抽取引起的地面沉降影響到許多地區。InSAR時間序列資料可以觀測地下水位的季節性波動造成的沉降和上升週期，例如墨西哥城曾經觀測到因地下水過度開發造成地層快速下陷壓密的例子（40cm/year)。

基礎設施監控

雷達也可以應用在基礎設施的監控，例如監控建築、採礦和石油與天然氣的儲存層，透過雷達監測注入或抽取流體引起的地表變化，評估輸送效率並防止危險的油井故障；貝魯特發生港口爆炸事件，則可使用事件前後雷達影像來識別因建築物受損而發生的變化。

 

使用雷達圖像識別因貝魯特港口爆炸導致的建築物受損。ARIA; JPL-CALTECH; EARTH OBSERVATORY OF SINGAPORE; NANYANG TECHNOLOGICAL UNIVERSITY; NASA EARTH APPLIED SCIENCES DISASTERS PROGRAM; MODIFIED COPERNICUS SENTINEL DATA (2020)

水流

Along-track SAR interferometry (ATI) 技術可高精度測量水流速度。透過安裝兩個天線，利用兩者接收訊號的延遲（幾毫秒），獲取的兩幅 SAR 圖像之間的相位差以估算流速，而目前ATI技術多應用於海洋及河流。

冰川

InSAR 也可以應用在冰川監測，例如ERS、Envisat 和 Radarsat 數據顯示格陵蘭島多數冰川流動在急遽加速，造成整體冰川的質量減少；另外，在冰下湖的水爆發之前，在洪水達到最大值前 9 天獲得的InSAR干涉圖，檢測到冰流比平常增加了三倍。

生物量

雷達可應用於估計森林生物量(註一)。不同波段的雷達波對於植被有不同的穿透力，而不同林型，也有其適用的極化和波段。雷達波透過不同波長、極化來改變敏感度，進而估計生物量。

雷達遙測技術已在環境監測中獲得顯著的成功，隨著干涉技術以及各種衛星的進步與發展，以及雷達本身穿透雲霧、不分晝夜、面狀資料、定時觀測的優勢，未來在自然災害監測、地形測繪、地表變形監測、生態和自然資源勘探方面的應用都值得被期待與關注。

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註一：森林生物量估計涉及到樹冠層、樹幹、以及地下之部分。

參考文獻：

Rosen, J. (2021) Shifting ground – fleets of radar satellites are measuring movements on Earth like never before. Science, 371(6532), 876-880. https://doi.org/10.1126/science.371.6632.876

Rott, H. (2009) Advanced in interferometric synthetic aperture radar (InSAR) in earth system science. Progress in Physical Geography, 33(6), 769-791. https://doi.org/10.1177/0309133309350263