Convenzione INGV-DPC

Transcript

1 Convenzione INGV-DPC Progetti sismologici (scheda Unità di Ricerca) Progetto S1 Mappa della deformazione tettonica della Pianura Padana attraverso la combinazione di dati InSAR e GPS 1. Responsabile UR (max 1 pagina) - PAOLO BERARDINO ricercatore presso l Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell Ambiente (IREA) del CNR. Nato ad Avellino nel Laureato nel 1998 in Scienze Nautiche all'istituto Universitario Navale di Napoli. Lavora all IRECE dal 1999 (attuale IREA) dove si è interessato di sviluppo di algoritmi di geocoding di immagini SAR e di studi delle deformazioni superficiali mediante l uso dell Interferometria SAR Differenziale (DIFSAR). Ha collaborato allo sviluppo di un nuovo approccio per l analisi dell evoluzione temporale della deformazione della superficie terrestre basata sulla combinazione di interferogrammi differenziali (tecnica SBAS). Nel corso degli anni ha partecipato attivamente all'upgrading della tecnica SBAS (alta risoluzione, registrazione geometrica, integrazione dati ERS/Envisat, integrazione GIS). Ha partecipato a diversi studi di aree vulcaniche (Etna, Campi Flegrei, Vesuvio, Tenerife), sismogenetiche (Apennino centrale, Grecia), aree in frana (Maratea) ed aree urbane (Napoli, Los Angeles) utilizzando la tecnica SBAS e collaborando con diversi istituzioni scientifiche nazionali (Osservatorio Vesuviano, INGV, Irpi) ed internazionali (JPL, UCM). E' stato referente IREA per diversi progetti: Eurorisk-Preview del FP7, V3_6/02 V3_6 - Etna e V3_2/01 V3_2 Campi Flegrei finanziati dal Dipartimento di Protezione Civile (DPC) e coordinati dal Gruppo Nazionale di Vulcanologia (GNV), ASI Studio di fattibilità per: Sistema di osservazione spaziale per il monitoraggio e la gestione del rischio sismico, ASI Progetto Pilota: SIGRIS SIstema di osservazione spaziale per la Gestione del RIschio Sismico 5 pubblicazioni significative relative ai temi di ricerca del progetto P. Berardino, G. Fornaro, R. Lanari, E. Sansosti: A new Algorithm for Surface Deformation Monitoring based on Small Baseline Differential SAR Interferograms, IEEE Trans. on Geoscience and Remote Sensing, vol. 40, N. 11, pp , November R. Lanari, O. Mora, M. Manunta, J. J. Mallorquì, P. Berardino, E. Sansosti, A Small Baseline Approach for Investigating Deformations on Full Resolution Differential SAR Interferograms, IEEE Trans. on Geoscience and Remote Sensing,Vol. 42, No.7, July 2004 M. Manzo, G. P. Ricciardi, F. Casu, G. Ventura, G. Zeni, S. Borgström, P. Berardino, C. Del Gaudio and R. Lanari Surface deformation analysis in the Ischia island (Italy) based on spaceborne radar interferometry, Journal of Volcanology and Geothermal Research, vol. 151, n o 4, pp , 2006 Tizzani, P., Berardino, P., Casu, F., Euillades, P., Manzo, M., Ricciardi, G. P., Zeni, G., Lanari, R., Surface deformation of Long Valley caldera and Mono Basin, California, investigated with the SBAS-InSAR approach, Remote Sensing of Environment Journal, 108, pp , 2007 Lanari R., Berardino P., Bonano M., Casu F., Manconi A., Manunta M., Manzo M., Pepe A., Pepe S., Sansosti E., Solaro G., Tizzani P., Zeni G. Surface displacements associated with the L'Aquila 2009 Mw 6.3 earthquake (central Italy): New evidence from SBAS-DInSAR time series analysis : GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS Vol. 37 Article Number: L20309 DOI: /2010GL

2 2. Personale dell'ur Nominativo (Cognome e Nome) Qualifica Ente/Istituzione Giorni/Persona (personale non a carico del progetto) I anno Berardino Paolo Ricercatore CNR-IREA 30 Fornaro Gianfranco Primo Ricercatore CNR-IREA 30 D Agostino Nicola Primo Ricercatore INGV Descizione del contributo 3a. Versione italiana (max 2 pagine) 3a.1 Stato dell'arte (con riferimenti bibliografici essenziali) I recenti eventi sismici dell'emilia Romagna (maggio 2012) hanno posto in primo piano la valutazione dell attività tettonica nella Pianura Padana. In particolare l'associazione degli eventi del maggio 2012 con le strutture esterne delle pieghe Ferraresi (Catalogo delle sorgenti sismogenetiche, focalizza l'attenzione sulla zona di pianura al disotto della quale le strutture sismogenetiche sono localizzate. Le più recenti stime di deformazione, sulla base dei campi di velocità GPS da stazioni in continuo ed episodiche (Bennett et al., 2012), mostrano un raccorciamento di 1-2 mm/yr in direzione NS. Questa deformazione determina l accumulo di deformazione intersismica sulle strutture sismogenetiche responsabili della sequenza di eventi sismici in Emilia del maggio-giugno Alla deformazione tettonica si aggiungono fenomeni di subsidenza naturale o antropica che si sovrappongono, talora mascherandolo, al segnale tettonico primario (Stramondo et al., 2003). Risulta quindi necessario, per la migliore comprensione della sismotettonica dell'area ed il relativo miglioramento delle stime di hazard, uno studio dedicato alla comprensione dei diversi meccanismi di deformazione del suolo nella Pianura Padana e alla loro separazione spazio-temporale. I moderni strumenti per la misura lenta (< 1 cm/yr) della deformazione, temporalmente lineare o non-lineare, includono l'interferometria radar multitemporale ed il GPS. Le due tecniche offrono caratteristiche di risoluzione spaziale ed accuratezza tali da rendere i due metodi complementari. Mentre il GPS (stazioni in continuo) presenta un'ottima accuratezza sulle tre componenti spaziali e sulla risoluzione temporale, le tecniche InSAR multitemporali offrono generalmente informazioni sullo spostamento vettoriale lungo un'unica linea di vista, massimizzando però la copertura spaziale. Queste caratteristiche rendono l'uso combinato di InSAR e GPS estremamente utile e potente per decifrare e migliorare il segnale tettonico intersismico a bassa frequenza spaziale (campionato in maniera ottimale dal GPS), laddove questo si sovrappone a fenomeni di subsidenza più locale ben isolabili con tecniche InSAR. E' noto infatti come fenomeni di subsidenza legati all'emungimento (o alla ricarica) di acquiferi o allo sfruttamento di idrocarburi, determinino anche significative componenti orizzontali 2

3 della deformazione (King et al., 2007). Esempi di applicazione di questo tipo includono l'area della Baia di San Francisco (Burgmann et al., 2006) e l'area metropolitana di Los Angeles (Argus et al., 2005; King et al., 2007). Argus, D. F., M. B. Heflin, G. Peltzer, F. Crampé, and F. H. Webb (2005), Interseismic strain accumulation and anthropogenic motion in metropolitan Los Angeles, J. Geophys. Res., 110, B04401, doi: /2003jb Bennett, R. A., et al. (2012), Syn-convergent extension observed using the RETREAT GPS network, northern Apennines, Italy, J. Geophys. Res., 117, B04408, doi: /2011jb Berardino, P., G. Fornaro, R. Lanari, and E. Sansosti (2002), A new algo- rithm for surface deformation monitoring based on small baseline differ- ential SAR interferograms, IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., 40, , doi: /tgrs Bürgmann, R., Hilley, G., Ferretti, A., and Novali F. (2006), Resolving vertical tectonics in the San Francisco Bay Area from permanent scatterer InSAR and GPS analysis Geology, March, 2006, v. 34, p , doi: /g D'Agostino, N., D. Cheloni, G. Fornaro, R. Giuliani, and D. Reale (2012), Space-time distribution of afterslip following the 2009 L'Aquila earthquake, J. Geophys. Res., 117, B02402, doi: /2011jb King, N. E., et al. (2007), Space geodetic observation of expansion of the San Gabriel Valley, California, aquifer system, during heavy rainfall in winter , J. Geophys. Res., 112, B03409, doi: /2006jb Stramondo, S., M. Saroli, C. Tolomei, M. Moro, F. Doumaz, A. Pesci, F. Loddo, P. Baldi, E. Boschi (200), Surface movements in Bologna (Po Plain Italy) detected by multitemporal DinSAR, Remote Sensing of Environment, Volume 110, Issue 3, 15 October 2007, Pages , doi: /j.rse a.2 Obiettivi In questo progetto si propone di migliorare le stime di deformazione tettonica della Pianura Padana attraverso l uso integrato di GPS ed InSAR. In particolare le caratteristiche di copertura spaziale offerte dalle misure InSAR permetteranno di isolare le aree di subsidenza naturale ed antropica. Attraverso opportuna modellazione delle componenti orizzontali associate ai fenomeni di subsidenza il campo tettonico orizzontale verrà quindi corretto dalle componenti ad alta frequenza spaziale. Questo permetterà un miglioramento delle conoscenze sullo stato di accumulo della deformazione attraverso la Pianura Padana e ad un conseguente miglioramento delle stime di potenziale sismogenetico. 3a.3 Attività - Attività 1. Processamento dei dati InSAR ed elaborazione delle serie temporali SBAS da ENVISAT - Attività 2. Processamento dei dati GPS delle stazioni permanenti dell area considerata. Entrambe le attività contribuiranno alla integrazione e alla separazione spazio-temporale dei segnali di subsidenza (naturale ed antropica) e del segnale tettonico orizzontale. 3a.4 Metodologia Il progetto prevede l utilizzo delle serie storiche SBAS ottenute dal processamento dei dati ENVISAT per il periodo Quest ultimo dataset in particolare permetterà una maggiore sovrapposizione temporale con i dati GPS, più abbondanti in quest ultimo periodo. Seguirà un confronto tra serie temporali SBAS e GPS (proiettate lungo la linea di vista) per definire un offset necessario (calcolato ad un subset di stazioni non affette da effetti non lineari) per allineare il campo di spostamento InSAR e relative serie temporali in un comune sistema di riferimento. Le serie temporali GPS saranno messe a disposizione dal centro di analisi GIPSY-OASIS del CNT di Roma, che analizza routinariamente oltre 1000 stazioni GPS in continuo dell area europea-mediterranea (D Agostino et al., 2011). Verrano prese in considerazione 3

4 le stazioni GPS in continuo ricadenti nell area in esame con significativa sovrapposizione temporale con le serie temporali SBAS ricavate da ERS1/ERS2 e da ENVISAT. 3a.5 Cronoprogramma Fase I anno Semestre 1 2 Attività 1 SBAS SBAS Attività 2 Analisi delle serie temporali GPS Integrazione serie GPS/SBAS b. English version (max 2 pagine) 3b.1 State of the art (including references when necessary) The recent seismic events in Emilia-Romagna (may 2012) have focused the interest of the scientific community on the active deformation in the Po Plain. In particular the association of the may 2012 seismic events with the so-called Ferrara fold-system focused the attention of blind (without obvious fault scarps) seismogenic structure beneath the plain (Catalogo delle sorgenti sismogenetiche, The most recent geodetic estimates of crustal deformation across the Po Plain, based on both continuous and episodic GPS stations, show a NS shortening rate of 1-2 mm/yr. This shortening is ultimately responsible for the inteseismic strain accumulation on the seismogenic structures responsible for the may 2012 events. Natural and anthropic subsidence phenomena add to the tectonic deformation, sometimes with larger amplitudes (Stramondo et al., 2003). To improve the scientific understanding of the seismotectonics of the Po Plain and the associated improvement in the seismic hazard assessment is thus essential to operate a spatio-temporal separation of the ground-deformation processes. Available geodetic tools for the measurements of slow ground deformation (less than 1 cm/yr), both linear and not linear in time, include multi-tempora InSAR tecniques and continuous GPS. The different spatial and temporal resolution properties make the two tecniques highly complementary. Whereas the continuous GPS has a very good temporal resolution on three components, the multitemporal InSAR tecnique provides a single line of sight vector information with high spatial density (pixel dimension meters) over large areas. This features make the joint use of GPS and InSAR a powerful tools to remove from the interseismic tectonic signal (low spatial frequencies) high-frequency spatial effects related to natural or anthropic subsidence phenomena. Is well descrive in the literature that subsidence phenomena related to acquifers or hydrocarbon exploitation, determine significant component on the horizontal components as well (King et al., 2007). Joint use of GPS and InSAR to separate tectonic and hydrologic signals have been applied in the Bay Area (Burgmann et al., 2006) and in the Los Angeles region (Argus et al., 2005; King et al., 2007). 4

5 3b.2 Goals In this project we aim to improve the estimates of tectonic strain in the Po Plain throughout a joint use of GPS and InSAR data. The spatial coverage and resolution of InSAR will allow the discrimination of the subsiding areas (both natural and anthropogenic). By appropriate modelling of the horizontal components the tectonic field will be corrected for high-spatial-frequency noise. This corrected horizontal tectonic strain field will improve our knowledge on the rate of tectonic strain accumulation and a resulting improvement of seismogenic potential assessment. 3b.3 Activity (with timetable for each phase) - Activity 1. Processing of INSAR data and reduction ENVISAT SBAS time series. - Activity 2. Processing of the GPS time series to derive linear trend and annual components and associated uncertainties. Both Activities will cooperate for the alignment of SBAS time series in a GPS-derived reference frame and separation of subsidence phenomena from the GPS velocity field. 3b.4 Metodology SBAS time series GPS time series of continuous stations falling within the area of interest, with a significant temporal overlap with SBAS time series, will be provided by the INGV-CNT GPS analysis center using GIPSY-OASIS software from the Jet Propulsion Laboratory. A subset of stations un-affected by non-linear velocities and with a significant coverage of SBAS data, will be used to calculate an offset between the local SBAS velocity field and a GPSderived reference frame (ITRF or Eurasia). In this way both displacements fields will be analysed in the same rereference. A modelling approach will be derived to calculate the horizontal components of high-spatial-frequency subsidence phenomena. This effect will be removed from the horizontal and vertical GPS velocity fields to improve the low-spatialfrequency tectonic signal. 3b.5 Timetable Phase I anno Semester 1 2 Activity 1 SBAS SBAS Activity 2 Analysis of GPS time series GPS/SBAS integration 4a. Prodotti (elencare i prodotti attesi evidenziando quelli di diretto interesse per DPC) Serie temporali dello spostamento tridimensionale delle stazioni GPS in continuo 5

6 Risultati delle analisi delle serie temporali GPS (velocità lineari, componenti periodiche annuali e semi-annuali ed errori associati)campo di velocità GPS in diversi sistemi di riferimento Serie temporali SBAS ed associato campo di spostamento lungo la linea di vista Campo di velocità GPS corretto per gli effetti di subsidenza locale Stime della deformazione tettonica della Pianura Padana 4b. Deliverables 1. Time series of continuous GPS stations 2. Results of the analysis of GPS time series (linear velocityies, annual and semi-annual components and associated uncertainties) 3. GPS velocity field in different reference frames 4. SBAS time series and line-of-sight linear displacements 5. GPS velocity field corrected for subsidence effects 6. Estimates of interseismic strain rates on the seismogenic strctures of the Po Plain. 5. Interazioni con altri Enti/Istituzioni (elenco e descrizione sintetica delle modalità di interazione) Questo progetto vede la collaborazione tra il gruppo IREA-CNR (Berardino-Fornaro) e CNT-INGV (D Agostino). Questo di lavoro IREA-INGV ha maturato precedenti esperienze collaborando sulle tematiche di integrazione di osservazioni InSAR/GPS applicate alla deformazione postsismica del terremoto dell'aquila (D'Agostino et al., 2012). L IREA ha inoltre maturato già esperienze di elaborazione di dati SAR acquisiti nel periodo dai sensori a media risoluzione ERS-1 ed ERS-2 nell area emiliana interessata dai recenti eventi sismici nell ambito del progetto SIGRIS finanziato dall Agenzia Spaziale Italiana (ASI). 6. Possibili interazioni con altri Progetti DPC (indicare quali progetti) (elenco e descrizione sintetica delle modalità di interazione) 7. Piano finanziario (in Euro) Categoria di spesa Importo previsto 1) Spese di personale 2) Spese per missioni ) Costi amministrativi (solo per i responsabili di programma) 6

7 4) Spese per studi, ricerche ed altre prestazioni professionali ) Spese per servizi 6) Materiale tecnico durevole e di consumo 7) Spese indirette (spese generali) Totale