Terremoto in Italia centrale: Misure dello spostamento del suolo tramite interferometria satellitare

Sin dalle primissime ore dopo il terremoto, il Gruppo di Lavoro INGV/IREA-CNR, costituito dall’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) e dal Consiglio Nazionale delle Ricerche (Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell’Ambiente, CNR-IREA di Napoli) come centri di competenza del Dipartimento della Protezione Civile nei settori della sismologia e dell’elaborazione dei dati radar satellitari,  si è attivato per un’analisi di dati satellitari volta alla misura dei movimenti permanenti del suolo prodotti dal terremoto ed allo studio delle sorgenti sismiche.

Verranno quindi pubblicati due articoli che descrivono i risultati ottenuti dal Gruppo.


L’utilizzo di immagini satellitari radar ad apertura sintetica (Syntetic Aperture Radar, SAR) permette di misurare la deformazione permanente del suolo causata dal terremoto del 24 agosto 2016.

La tecnica utilizzata per effettuare tali tipi di misure è quella nota interferometria differenziale DInSAR, e già utilizzata per effettuare le misure di spostamenti in molti altri terremoti, come quello dell’Emilia del 2012, della Lunigiana del 2013 e dell’Aquila del 2009.

La tecnica

Utilizzando una coppia di immagini radar acquisite dal satellite dalla medesima posizione, prima e dopo un evento sismico è possibile produrre un interferogramma (Figura 1a), cioè una mappa di spostamento espressa in termini di differenze di fase, tra le due immagini radar pre e post evento sismico, del segnale elettromagnetico emesso dal satellite, “riflesso” dalla superficie terrestre e catturato dal sensore (rappresentato con diversi cicli di colore). Ogni ciclo, o frangia, rappresenta uno spostamento della superficie terrestre lungo la linea di vista del satellite di mezza lunghezza d’onda del segnale emesso.

Figura 1: esempio di interferogramma (A) ottenuto dall'elaborazione di due immagini SAR del satellite Sentinel-1. Nel pannello B si riporta la corrispondente mappa delle spostamento del suolo dovuto al terremoto del 24 agosto 2016. Le immagini utilizzate sono relative alle date 21 e 27 agosto 2016.

Figura 1: esempio di interferogramma (A) ottenuto dall’elaborazione di due immagini SAR del satellite Sentinel-1. Nel pannello B si riporta la corrispondente mappa delle spostamento del suolo dovuto al terremoto del 24 agosto 2016. Le immagini utilizzate sono relative alle date 21 e 27 agosto 2016.

Rappresentando ogni frangia un incremento noto di spostamento rispetto la frangia precedente è possibile misurare lo spostamento totale dell’area partendo dalle zone in cui non sono state misurate deformazioni (zone dove non compaiono frange intefirferometriche) sino ad arrivare alla zona più deformata (parte centrale dell’ellissi disegnata dalle frange stesse). Questa operazione è detta “srotolamento” delle frange interferometriche e permette di ottenere una mappa dello spostamento del suolo avvenuto durante il sisma (Figura 1b).

I dati disponibili

Durante l’emergenza sismica iniziata con il terremoto del 24 agosto, l’analisi interferometrica satellitare ha beneficiato di un gran numero d’immagini SAR acquisite, a cavallo dell’evento sismico, dal satellite giapponese ALOS-2 (Japan Aerospace Esploration Agency, JAXA), operante in banda L (lunghezza d’onda 23.6 cm), dai sensori in banda C (lunghezza d’onda 5.6 cm) della costellazione Sentinel-1 del Programma Europeo Copernicus (Agenzia Spaziale Eurpoea, ESA) e da quelli in banda X (lunghezza d’onda 3.1 cm) della costellazione italiana COSMO-SkyMed, sviluppata dall’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) in cooperazione con il Ministero della Difesa.

I risultati

In Figura 2 sono riportate alcune delle mappe di deformazione co-sismica in linea di vista generate a partire dalle coppie disponibili sfruttando la tecnica dell’Interferometria SAR Differenziale (DInSAR).

Le mappe di spostamento sono espresse in cm e calcolate lungo la linea di vista del satellite (LoS), inclinata di circa 35° rispetto alla verticale.

Figura 2: Mappe di spostamento del suolo co-sismico (nelle linee di vista del radar) ottenute a partire dai dati radar ALOS 2 e Sentinel-1 acquisiti a cavallo dell’evento sismico del 24 agosto da orbite sia ascendenti sia discendenti. Le mappe di spostamento sono espresse in cm e calcolate lungo la linea di vista del satellite (LoS), inclinata di circa 35° rispetto alla verticale.

Figura 2: Mappe di spostamento del suolo co-sismico (nelle linee di vista del radar) ottenute a partire dai dati radar ALOS 2 e Sentinel-1 acquisiti a cavallo dell’evento sismico del 24 agosto da orbite sia ascendenti sia discendenti. Le mappe di spostamento sono espresse in cm e calcolate lungo la linea di vista del satellite (LoS), inclinata di circa 35° rispetto alla verticale.

Relativamente ai dati Sentinel-1, grazie alla disponibilità dell’ESA, si è avuta la possibilità di ottenere i dati del satellite Sentinel-1B nonostante lo stesso sia ancora in fase di commissioning e quindi non pienamente operativo. Ciò ha permesso di sfruttare in maniera congiunta i dati acquisiti dai due satelliti e di generare coppie interferometriche “cross-sensor” (cioè con un’immagine acquisita da Sentinel-1A e una acquisita da Sentinel-1B) con un intervallo temporale fra le acquisizioni pre- e post- evento di soli 6 giorni (rispetto ai 12 possibili con l’utilizzo di un solo sensore), riducendo i tempi di risposta.

Inoltre, grazie all’utilizzo congiunto delle immagini SAR acquisite lungo orbite ascendenti (da sud a nord) e discendenti (da nord a sud), è stato possibile ricavare le componenti verticale ed est-ovest degli spostamenti del suolo (Figura 3).

Figura 3: Mappe delle componenti verticale (sinistra) ed est-ovest (destra) dello spostamento del suolo, ottenute sfruttando congiuntamente i passaggi ascendenti (sud-nord) e discendenti (nord-sud) dei dati radar ALOS 2 e Sentinel-1 acquisiti a cavallo dell’evento sismico. Nella mappa relativa alla componente est-ovest (destra) sono indicate due aree in cui sono stati rilevati degli spostamenti localizzati e di cui si fornisce maggiore dettaglio in Figura 4.

Figura 3: Mappe delle componenti verticale (sinistra) ed est-ovest (destra) dello spostamento del suolo, ottenute sfruttando congiuntamente i passaggi ascendenti (sud-nord) e discendenti (nord-sud) dei dati radar ALOS 2 e Sentinel-1 acquisiti a cavallo dell’evento sismico. Nella mappa relativa alla componente est-ovest (destra) sono indicate due aree in cui sono stati rilevati degli spostamenti localizzati e di cui si fornisce maggiore dettaglio in Figura 4.

I risultati ottenuti mostrano un abbassamento del suolo dalla caratteristica forma a “cucchiaio” che si estende per circa 20 km in direzione NNW. Il valore massimo dello spostamento del suolo verticale è di circa 20 cm in corrispondenza dell’area di Accumoli. Si nota inoltre che la zona deformata visibile sulla componente est-ovest interessa un’area più estesa rispetto a quella verticale (circa 20 x 25 km2) ed è caratterizzata dalla presenza di quattro aree alternate di spostamento, con valori massimi di deformazione di circa 16 cm verso ovest.

Figura 4: Dettaglio della mappa della componente est-ovest (Figura 2) per due aree interessate da spostamenti localizzati. A sinistra si evidenzia uno spostamento lungo est localizzato su un versante ad ovest dell’abitato di Castelluccio. A destra, invece è indicato il movimento verso ovest del versante ovest del Monte Vettore (si veda anche l’analisi dei dati del satellite COSMO-SkyMed in Figura 5).

Figura 4: Dettaglio della mappa della componente est-ovest (Figura 2) per due aree interessate da spostamenti localizzati. A sinistra si evidenzia uno spostamento lungo est localizzato su un versante ad ovest dell’abitato di Castelluccio. A destra, invece è indicato il movimento verso ovest del versante ovest del Monte Vettore (si veda anche l’analisi dei dati del satellite COSMO-SkyMed in Figura 5).

Dall’analisi delle mappe di deformazione lungo la linea di vista del satellite e delle componenti verticale ed est-ovest dello spostamento, è possibile ricavare informazioni più di dettaglio su alcuni effetti localizzati, probabilmente legati a fenomeni di instabilità di versante (Figura 4). È infatti possibile che lo scuotimento del suolo dovuto al terremoto abbia innescato il movimento di alcune porzioni di versante interessate da instabilità. A seconda dell’entità del movimento e dell’estensione dell’area interessata, il movimento può essere osservato e misurato attraverso l’interferometria.

Figura 5: Mappa della deformazione co-sismica (in alto) ottenuta a partire dai dati radar satellitari acquisiti dalla costellazione COSMO-SkyMed, il 20 agosto 2016 (immagine pre-evento) e il 28 agosto 2016 (immagine post-evento). La freccia indica una deformazione localizzata in corrispondenza del fianco del Monte Vettore, probabilmente legata a un fenomeno d’instabilità di versante. In basso è riportata la mappa di deformazione ottenuta da dati CSK acquisiti precedentemente al sisma (coppia interferometrica 03072016CSK-20082016CSK), dove non si notano segnali deformativi significativi.

Figura 5: Mappa della deformazione co-sismica (in alto) ottenuta a partire dai dati radar satellitari acquisiti dalla costellazione COSMO-SkyMed, il 20 agosto 2016 (immagine pre-evento) e il 28 agosto 2016 (immagine post-evento). La freccia indica una deformazione localizzata in corrispondenza del fianco del Monte Vettore, probabilmente legata a un fenomeno d’instabilità di versante. In basso è riportata la mappa di deformazione ottenuta da dati CSK acquisiti precedentemente al sisma (coppia interferometrica 03072016CSK-20082016CSK), dove non si notano segnali deformativi significativi.

Tali fenomeni sono, inoltre, visibili anche nella mappa di deformazione co-sismica relativa ai dati SAR COSMO-SkyMed (CSK) che, grazie alle elevate risoluzioni spaziali del sistema, permette di stimare gli spostamenti del suolo con grande dettaglio spaziale. A tal riguardo, nell’immagine in alto della Figura 5 è riportata la mappa di deformazione co-sismica CSK in LOS, relativa alla zona che si estende tra Tufo e Pescara del Tronto fino all’area di Castelluccio. Si noti come la migliore risoluzione spaziale consenta di analizzare nel dettaglio anche lo spostamento del suolo di un’area relativamente piccola che si estende per circa 800 m x 600 m sul fianco del Monte Vettore, verosimilmente legato ad un fenomeno di instabilità di versante. Quest’ultimo è probabilmente legato a frane sismo-indotte o a faglie riattivate, visto che l’analisi dei dati CSK acquisiti nel periodo precedente all’evento sismico (immagine in basso della Figura 5) non mostra segnali deformativi significativi.

a cura del Gruppo di Lavoro INGV/IREA-CNRGiuseppe Pezzo, Christian Bignami, Cristiano Tolomei, Simone Atzori, Andrea Antonioli, Salvatore Stramondo, Stefano Salvi (INGV-CNT); Manuela Bonano, Raffaele Castaldo, Francesco Casu, Claudio De Luca, Vincenzo De Novellis, Riccardo Lanari, Mariarosaria Manzo, Michele Manunta, Antonio Pepe, Susi Pepe, Pietro Tizzani, Ivana Zinno (IREA-CNR)


Articolo estratto da: Gruppo di lavoro IREA-CNR & INGV, 2016, Sequenza sismica di Amatrice: aggiornamento delle analisi interferometriche satellitari e modelli di sorgente, DOI: 10.5281/zenodo.61682


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Pubblicato il 16 settembre 2016, in Approfondimenti, Sequenza sismica Amatrice, Sismicità Italia con tag , , , , , , , , , , , , , , . Aggiungi il permalink ai segnalibri. 9 commenti.

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