星载合成孔径雷达SAR差分干涉测量测得的地面位移在水文地质中的应用三

星载合成孔径雷雷达（SAR）差分干干涉测量测测得的地面面位移在水水文地质中中的应用星载合成孔径雷达（SAR）差分干涉测量，主要是相干（InSAR）技术，其次是永久散射体技术（PSI），在水文地质研究中的应用已经提高了我们绘制、监测、分析和模拟地下水运动、含水层系统压缩和地面沉降的能力。在过去的10年中，大量调查显示，利用InSAR获得的地面位移空间分布详图已经加深了我们的水文地质认识，特别是当时间序列的图像与水位的历史变化和管理实践得到综合应用的时候。重要进展包括：（1）识别地下水运动和系统变形的结构或岩层边界（如断层或者过渡相）；（2）确定变形含水层系统的岩性和水力性质的非均质性；（3）估计系统性质（如储水系数和渗透系数）；（4）约束地下水流、含水层系统压缩和地面沉降的数值模型。作为松散冲积盆地地下水水文地质监测和刻画的一种综合方法的一个部分，SAR差分干涉测量提供了独特的信息，推动了地下水资源管理的进步。未来专门针对差分干涉测量而设计的其它星载SAR将会做出更大的贡献。一、前言利用相干干涉（InSAR；Massonnet和Feigl，1998；Rosen等，2000）和永久散射体（PSI；Ferretti等，2000，2001）技术的星载合成孔径雷达（SAR）差分干涉能够以非常高的空间分辨率测量大范围内毫米量级的地面形变。过去的10年间，这些技术在水文地质研究和监测中的应用已提高了对地下水储量变化所引起的含水层系统的水—应力应变时空响应的刻画能力。本文的目的：（1）描述InSAR获得的地面位移如何提高了我们对地下水流动系统的认识；（2）确定这些技术的不足之处；（3）推测未来SAR干涉测量支持水文地质研究和监测的潜力。文中简要介绍了很多例子，同时比较详细地介绍了4个研究实例。尤其是地下水流动系统和含水层应力将作为本文的论述重点，但是文中讨论的很多过程和应用也与地下水中碳氢化合物的产生和地热有关，本文在此不予介绍。对不断涌现的InSAR在水文学和地形学中的应用所进行的回顾表明，这些技术中的一部分在很大程度上被地理学和雷达学界忽视了，InSAR向水文学家和地貌学家提供有用信息的能力也未得到充分的认识（Smith，2002）。水文地质学家利用卫星遥感技术进行研究的进程相对缓慢，部分原因是进行仪器开发和运行工作的研究团体和水文地质研究团体脱节了（Hoffmann，2005）。尽管阻碍重重，但SAR这一遥感数据产品仍然推动了水文地质学的新发展。利用InSAR和PSI对松散冲积含水层系统所做的地面形变测量使研究人员重新对含水层应力应变产生了兴趣。许多研究已经证实，含水层系统变形是伴随着地下水排泄和补给而出现的，与之相关的地面形变不但很常见，而且可以从空间和时间上进行详细可靠的测量（如Galloway等，1998；Amelung等，1999；Hoffmann等，2001，2003a；Watson等，2002；Schmidt和Bürgmann，2003；Ferretti等，2004；Canuti等，2005）。SAR干涉测量，尤其是InSAR，已经在几个关键领域加深了我们的水文地质认识：识别地下水流动的阻水屏障；描述季节性的地面运动；估计含水层系统的储存和流动性质；为地下水流数值模型提供其它约束条件。已经识别和定义了以前不了解和定义不清的能够控制地下水流动和（或）含水层系统变形的结构或者岩石地层（如Amelung等，1999；Galloway等，2000a；Bawden等，2001；Lu和Danskin，2001；Valentine等，2001；Bell等，2002；Buckley等，2003；Schmidt和Bürgmann，2003）。已测量了随季节性气候变化和用水变化而变化的季节性的地面沉降和回弹（Amelung等，1999;Galloway等，2000a；Bawden等，2001；Hoffmann等，2001；Lu和Danskin，2001；Watson等，2002；Colesanti等，2003；Schmidt和Bürgmann，2003）。InSAR测量已被用于评价地下水流的储存和水力传导性质（Hoffmann等，2001，2003a；Halford等，2005），并用来约束地下水流和沉降模拟模型（如Hoffmann等，2003a；Hanson等，2004；Halford等，2005）。二、利用星载SAR差分干涉测量改进变形含水层系统的绘图、监测和分析美国国家研究委员会地面沉降座谈会（NRC；1991）就3种信息需求达成了共识：“第一，有关地面沉降大小和分布的基本的地球科学数据和信息……要得到认可并用来评价未来的问题。这些数据……不仅能够帮助研究局部地区的沉降问题，也能识别国家范围内的问题。……第二，针对地面沉降开展沉降治理和工程方法的研究……为了有效阻止或控制破坏……第三，尽管美国现行的地面沉降减轻方法有很多种，但是对这些方法的成本效益进行研究将有助于决策者做出更好的选择。”有各种基于地面和卫星的方法可用来测量含水层系统的压缩和地面沉降（表1）。SAR干涉测量理论上适合测量与含水层系统压缩相关的地面变形的空间范围和大小。InSAR可以提供一个区域内覆盖整个含水层系统的数百万个数据点，与使用大量人力而只能获得有限个点测量数据的水准测量，和GPS测量相比，通常而言，花费要更低一些。通过识别研究区内某一变形的特定区域，SAR干涉测量也可以用于定点测量并同时监测局部和区域尺度上的地面沉降（如钻孔伸长计、GPS监测网络、水准路线；Bawden等，2003）。SAR干涉测量的这些优势，尤其是InSAR，能够满足NRC提出的每一种信息需求。SAR干涉测量的另一个重要优势就是SAR历史数据的存档文件越来越多。在很多地区，从上世纪90年代初开始，就已经有了大量的数据集，因而这一时期的地面形变历史测量数据即可应用。此外，为满足新需求可以定制新数据。详细的过程和费用要依赖于使用的传感器。表1几种测量含水层系统压缩和地面沉降的方法（修订自Galloway等，2000）方法位移分量分辨率a（mm）空间密度b（取样/调查）空间范围水准仪垂直0.1-110-100线-网光速测距仪水平110-100线-网钻孔伸长计c垂直0.01-0.11-3点水平伸长计卷尺水平0.31-10线-列不胀钢线水平10−41线石英管水平10−51线GPS垂直/水平20/510-100网卫星SAR干涉测量InSAR范围1-10105-107地图像素ePSI范围1可变d地图像素ea最佳条件下的测量分辨率b为说明调查范围内地面沉降的分布和大小，一般情况下所必需的测量次数c平衡管伸长计（Riley，1969）d依赖于永久散射体的存在e由已有的星载传感器获得的InSAR/PSI形变图上的像素一般是40~80m的分辨率（一）InSARInSAR可以提供与地震、火山、含水层系统、斜坡等有关的大范围地面形变的详细测量（Massonnet和Feigl，1998）。与传统的测量方法相比，InSAR是一种能够获得空间上详细的、高精度的地面形变的比较经济的方法。相关的实例很多，InSAR为应变模型提供了独特的输入，帮助我们认识变形过程。InSAR测量地面位移，这个位移在两幅SAR图像之间的相位差上进行了编码，在相位差图像（常称为干涉图）中的每个点（像素）上可以测量到。一幅干涉图是利用图像几何特征非常相似的两幅SAR图像得到的。在计算每个像素的相位差之前，这两幅图像是精确配准的。大部分干涉图中的主要信号是从不同轨道位置成像的地形差异的信号（Zebker和Goldstein，1986），可以利用其它干涉图或者数字高程模型（DEM）来消除。剩下的“差分”相位（φ）包含了以下几个部分：地面形变（）、大气条件（温度、湿度、气压——）的变化、因地形相位影响（）不完全或者不准确的消除而造成的残余地形信号，以及因SAR装置信号能力有限或者没有模拟出的地表性质的变化而造成的噪声影响（）：（1）由于干涉测量位移分析使用式（1）来估计位移相位，再转换为传感器视线向（LOS）位移，因此必须要考虑到，和对测量误差的贡献。大气相位可引入误差，使地面位移的结果产生高达几厘米的误差，特别是在湿热的气候条件下。但是，大气信号影响通常在独立的干涉图中不会重复。在多个观测可用的地方，大气信号的总误差可以避免（如Massonnet和Feigl，1998）。的重要性依赖于可用的地形信息（如DEM）和干涉测量基线（轨道几何形状的函数）的准确程度。沉积含水层系统的地形一般相对平缓，因地形变化而导致的相位误差一般都比较小。但是，从DEM成像的地表的局部误差（如大型建筑物或者土工作业）可能造成相位变化，由此增加了干涉图中的噪声。综上所述，式（1）中的噪声项主要依赖于由下面几个因素控制的信噪比：（1）装置的信号能力；（2）地表的雷达反射率；（3）两幅SAR图像之间的相干系数（称为干涉测量的相干性）。一般来说，限制因素是干涉测量的相干性，它依赖于投影到LOS上的两次信号获取轨迹之间的轨道距离（称为干涉测量基线）和发生在两次信号获取之间的时间总变化。时间变化经常会阻碍干涉测量分析，尤其对于植被覆盖区或者农业区。对大部分的荒地或者植被密集的地表，非常难以预测相干性。目前，主要是针对干旱区休耕的、植被稀疏的地区以及有大量人口生活的城市地区进行观测，因为这些地区有着稳定的反射体。（二）永久散射体干涉测量（PSI）永久散射体干涉测量（PSI）利用不同于InSAR的方法来获得SAR图像，能够克服InSAR技术的某些限制。PSI（Ferretti等，2000，2001）对许多干涉图（通常多于30个）进行处理，以确定持久的、时间稳定的、高度反射地面特征的永久散射体网络。这些反射体一般都是具有人文特色的地貌特征（如建筑物、电线杆、道路等等）。根据预先确定的形变模型（通常是线性的常速率模型）来提取每个散射体的相位历史，以提供年均形变或者历史形变的差值图，甚至每个独立散射体的SAR数据文件的长度，因而可以认为是用“即时”的历史记录构成了一个“虚拟”的GPS网络。由于关注的是图像中时间上稳定的目标，因此就避免了时间去相关或者显著减少了时间去相关。而且，识别出的大部分强而稳定的反射体代表了小的单个散射单元。对这类散射体而言，在较大的干涉测量基线下，大部分的反射能量仍然能保持相干性，使得大量SAR图像能够应用到分析当中。最后，在PSI分析中用到的典型SAR数据集中存在大量可用的观测资料，支持了对所观测的时空上的相位历史进行的统计分析，根据形变的特征，常有可能把地面形变造成的相位差与由大气变化和地形变化引起的相位差（即式（1）中的和）区分开来。PSI技术一直以来主要用于城市环境，因为这里稳定散射体（如建筑物、道路、电线杆等）的密度一般都相当高（多达每平方公里数百个）。在自然的地形下，稳定目标数量的严重不足极大地限制了PSI的成功应用。一少部分的研究已经示范了PSI在“乡村”地形下的成功应用（Usai，2001；Kircher，2004）。但是，在荷兰和德国西部进行的研究利用了足够数量的稳定目标，如房屋和其它人工特征。Hooper等（2004）针对自然地形，提出了一个改良算法，但是经过证实，该算法在相对干燥的环境下才有效，因此，不免对他们的方法是否适用于农业区产生疑问，因为在农业区，水分和作物条件的变化易导致时间去相关。PSI技术是一种新兴技术，能够减少InSAR处理方法中固有的主要误差——由时间和几何去相关以及大气影响造成的误差。PSI一个潜在的重要不足就是必须事先确定一个运动模型，来解决相位的模糊度问题，特别是在散射体密度小而位移量大的地区。PSI的另一个不足之处就是很难识别出农村和农业区的稳定目标。因此，PSI的应用主要集中在城市地区——如法国巴黎（Fruneau和Sarti，2000）；美国旧金山海湾地区（Ferretti等，2005）；泰国曼谷（Worawattanamateekul等，2004）；美国菲尼克斯市（Beaver等，2005）；意大利亚诺河流域-佛罗伦萨（Canuti等，2005）；德国柏林和美国拉斯维加斯（Kampes，2005）；伦敦（NPA，2006）。（三）研究实例星载SAR差分干涉测量在由含水层系统压缩造成的地面沉降当中的应用已经加强了我们对当前沉降问题的重视，促进了对含水层系统压缩过程的认识。这一信息可以帮助利益相关者尝试协调目前和已规划的地下水资源的开发利用与伴随着的脆弱含水层系统的沉降灾害之间的矛盾。本文介绍了应用InSAR进行含水层系统压缩和地面沉降绘图、监测和分析的几个实例。尽管很多PSI调查已经观测到了含水层系统的变形运动，但是到目前为止，能够从水文地质角度深刻阐释这些结果的例子还是相对较少。因此，下文中所举的美国的一些例子偏重于InSAR的应用。1、美国加利福尼亚莫哈韦沙漠羚羊谷羚羊谷是首批应用InSAR探测和绘制含水层系统压缩并约束地下水流和含水层系统压缩模拟的地区之一（Galloway等，1998；Hoffmann等，2003）。InSAR获得的地面位移是“地面实况”，这一“地面实况”也会利用历史上的测量信息和水文地质信息、同时期的含水层系统压缩测量，以及地下水流和含水层系统压缩的模拟结果获得。水文地质信息是从观测到的沉降和地下水位的时空趋势与绘制出的水文地层单元分布之间的相关性中得到的。利用大地测量技术（水准测量和GPS）获得的历史沉降数据（1930~1992）绘制了该地区的区域沉降图，利用稀疏的基准网数据插值得到。局部最大沉降量近2m，主要归咎于地下水开采造成的含水层系统压缩（Ikehara和Phillips，1994）。将1993年10月20日~1999年5月1日这段时期内的区域历史沉降图与InSAR位移图（干涉图）进行比较，发现存在区域尺度上的一致性和局部的差异性（Galloway等，1998；Hoffmann等，2003a）。比较1993年10月20日~1995年12月20日这段时期内利用固定在地面以下256m处的一个钻孔伸长计（Holly站，建于1990年）测得的含水层系统的压缩量与利用干涉图（假设只有垂向变形）计算的地面沉降量，结果表明，利用干涉图计算得到的地面沉降量大约是伸长计测得的压缩量31mm的1.3倍（Galloway等，1998）。这个结果与大地测量结果（Holly站的沉降量大约是伸长计测得的压缩量的1.5倍）基本吻合，表明沉降量的大约1/3可能是由256m处锚定深度以下的地层压缩造成的。比较1996年1月26日~1999年5月1日期间的22张干涉图与Holly站和Lancaster站（建于1996年，锚定深度是363m）用伸长计同时期测得的压缩量，发现InSAR和伸长计测得的形变时间序列吻合良好（Hoffmann等，2003）。两个伸长计测得的形变时间序列显示，大约有5mm的季节性沉降和回弹，但每年都存在净沉降量；Holly站的测量结果支持了早期的观测，即一部分压缩发生在伸长计锚定深度以下的地层。Galloway等人（1998）对Lancaster子流域地下水系统建立了地下水流和含水层系统压缩的耦合模型，以确定1993年10月20日~1995年12月22日这段时间内的干涉图能否用含水层系统压缩进行合理的解释。该模型通过可用的水位、抽水量和含水层系统压缩资料进行约束。与水位变化有关的有效应力（Terzaghi，1925）的变化引起的一维垂向变形用MODFLOW地下水流模型（McDonald和Harbaugh，1988）中的IBS1软件包（Leake和Prudic，1991）进行模拟。IBS1假设弱透水层中的孔隙水压力可以在一瞬间与相邻含水层中的水头变化达到平衡，即弱透水层具有小的时间常数。对于薄的弱透水层而言，这是一个合理简化了的近似。对控制含水层系统垂向变形的弹性和非弹性骨架储水系数的估计，根据以前对加利福尼亚其它冲积含水层系统的压缩历史所做的的估计来约束（Helm，1978）。模拟所用的初始水头利用了测量的水位，等同于前期最大压力（前期固结压力）。因此，进一步的水头下降引起的弱透水层压缩是非弹性的，并且是瞬时的。InSAR显示的沉降区基本上与模型模拟结果一致，说明观察到的沉降是含水层系统压缩造成的。在最大沉降区，干涉图和模拟结果之间的沉降残差相当小。有两个地区的沉降残差出现较大的负值，一处位于Rosamond湖的西部，另一处位于Lancaster的南部，这两个地方的模拟沉降量要比干涉图获得的沉降量大。从观测到的两个地区的水位下降和绘制的一个地区的弱透水层的分布表明，具有较小骨架压缩性和（或者）较大前期固结压力的细粒单元或者厚的弱透水层的存在使这些地区发生了残余变形。利用历史上的大地测量和InSAR约束的反演模型估计了空间上变化的压缩时间常数（3.8~285年）和非弹性骨架储水系数（0~0.09）（Hoffmann等，2003a）。模拟基于对以前识别的区域地下水流和压缩模型的修正（MODFLOW，IBS1；Leighton和Phillips，2003）。对Leighton和Phillips（2003）模型的修正利用了SUB软件包（Hoffmann等，2003b），取代了IBS1。SUB软件包考虑了伴随孔隙水压力扩散和厚的弱透水层变形的时间滞后。尽管参数估计结果显著提高了模拟沉降量和观测（测量）沉降量之间的拟合效果，但是SAR数据的时间覆盖率（3年）还不足以约束与羚羊谷厚弱透水层相关的大的时间常数。然而，InSAR在沉降的绘制和监测、模型中含水层系统水力性质的参数分区，以及时间常数较小地区的储水参数估计方面都是非常有用的。用沉降作为约束条件得到的模拟水头与长期水头变化的拟合效果要比与短期水头波动的拟合效果更好一些，短期水头波动会强烈影响短期内的沉降。模拟结果表明，尽管考虑了弱透水层的释水滞后而对模型进行了修正，但原始模型和观测的长期水位变化之间的良好的拟合效果几乎不受修正的影响。因此，尽管厚弱透水层的释水滞后可能会极大地影响沉降时间，但是在羚羊谷，区域地下水流对于含水层系统压缩的这一因素表现得相对不敏感。2、内华达州拉斯维加斯谷在拉斯维加斯谷，地面沉降的影响范围达数百平方公里，从1935年开始，利用大地测量技术开始对此进行监测。从1963年开始，已测到局部沉降量达1.7m（Bell等，2002）。第四纪断层错动了盆地沉积填充物，在整个盆地范围内，已测量到不同的沉降量，地裂缝也导致了不同程度的含水层系统压缩。地表形变、地面破坏和倾斜所造成的房屋和其它市政设施的破坏高达1千多万美元的损失（Pavelko等，1999）。利用1992年4月~1997年12月的InSAR获得的位移使我们获得了更多关于沉降的认识，如沉降的空间分布和范围受第四纪断层的控制。这个认识与只利用大地测量网进行简单插值获得的更统一的沉降空间分布图以及区域地下水流和沉降模型的模拟结果形成了鲜明的对照（Morgan和Dettinger，1996）。从干涉图获得的剖面图显示，在1992年~1997年这段测量时间间隔里，断层两边位移的大小和倾斜度等与历史测量结果（水准测量）是一致的。InSAR获得的剖面图显示，从上世纪80年代开始，沉降速度较慢，尤其是1992年~1997年的沉降速度呈明显减慢的趋势。InSAR沉降图的整体形状与水位变化（下降）图和粘土层总厚度图有一定的关系（Amelung等，1999）。InSAR位移的空间范围和大小的时间变化显示，某些地区发生的季节性沉降和回弹与季节性的水位下降和恢复是对应的，这就说明了含水层系统的弹性和非弹性储水性质存在一些空间上的变化。InSAR的结果表明，从1992年~1999年，沉降速度缓慢，主要是由于地下水位的稳定或者恢复，一部分原因是从上世纪90年代初开始在盆地中部和西北部首先实施的含水层储存和恢复计划（Amelung等，1999；Bell等，2002）。从1992年9月~1999年12月的40多幅干涉图的InSAR测量结果说明，含水层系统发生了季节性的、少量的、一般为弹性（可恢复的）的变形（Hoffmann等，2001；Pavelko等，2006）。在很多地方，尤其是拉斯维加斯谷的中部地区，变形与含水层系统冬季弹性膨胀和夏季压缩一致，对应了水位的恢复和下降。在6个地方，利用已测得的形变和同时期附近井水位的变化估计了含水层系统的骨架弹性储水系数（S*ke）（Hoffmann等，2001）。利用Lorenzi钻孔伸长计的测量数据（Pavelko，2004）、识别校正后的区域三维地下水流模型（Morgan和Dettinger，1996）和含水层试验分析（Malmberg，1965）来约束含水层系统变形的一维反演模拟，在此基础上计算得到的井位置处的骨架弹性储水系数均在估计值的范围之内。3、加利福尼亚SantaClara谷SantaClara谷北部地区是美国第一个公认为因地下水开采造成地面沉降的地区（Tolman和Poland，1940）。在20世纪的前半期，SantaClara谷属于密集种植区。到1960年，该地区开始迈入从农业向城市发展的过渡时期，每年要抽取大约246,700m3的地下水，用于作物灌溉并满足城市用水需求。到1964年，SanJose的一个井水位达到了历史最低点，水位埋深71m，从1910年开始，沉降了大约4m。到1969年，与旧金山海湾南端相邻的地区，地面沉降了0.6~2.6m，导致4,400公顷的土地位于高潮位之下，引起了严重的沿海和沿河洪涝灾害（Ingebritsen和Jones，1999）。从上世纪60年代中期开始，调用地表水来满足用水需求，同时补给地下水。承压含水层的水位恢复到了70m，同时目前很多地区都保持着开采之前的水位。自1969年，地下水系统的有效管理显著遏制了该地区地面沉降的发展。始自上世纪70年代的大地测量和钻孔伸长计的测量结果显示，每年都有小的残余沉降量（Poland和Ireland，1988；Hanson等，2004）。钻孔伸长计和InSAR测得的位移结果显示，在SilverCreek断层的西部，可恢复的（弹性的）季节性的沉降和回弹可达30~40mm，伴随着每年地下水开采和补给的循环变化（Ikehara等，1998；Galloway等，2000a；Schmidt和Bürgmann，2003）。InSAR测得的多年位移表明，区域抬升可能被SilverCreek断层隔开。沿着两个选定剖面的InSAR时间序列与水准测量得到的多年高程变化具有良好的可比性（Schmidt和Bürgmann，2003）。InSAR季节性沉降图的东北部边界是线性的，与推断出的SilverCreek断层带沿西北方向的走向线是近似平行的（Ikehara等，1998）。在这个边界处或边界附近，位移梯度很大，高达2×10−5（每1.5km上有30cm）（Galloway等，2000a）。由于干涉图证实在这个边界处有一个埋藏断层，因此做了地震成像和地球物理调查（Catchings等，2000；Jachens等，2002；Williams等，2002）。该边界附近位移的线性形状表明：（1）断层带将时间固结特征（应力历史、压缩性、沉积厚度和垂向渗透系数）形成对比的沉积剖面并置在一块；（2）断层带阻止了地下水的侧向流动（Galloway等，2000a）。已建立了SantaClara谷子盆地的区域地下水/地表水流模型，为资源管理者提供了一种实现永久性地面沉降最小化而供水量最大化的优化工具（Hanson等，2004）。用水文和沉降的历史数据来约束模型识别。根据InSAR和最近的地球物理信息，模型模拟了SilverCreek断层，将其作为地下水流动的阻水边界。4、内华达州试验基地YuccaFlat从1951年~1992年，在内华达试验基地（NTS）的地下进行了核装置的引爆试验，造成了地面变形，利用InSAR对此进行了评价。尽管美国在1992年9月暂停了核试验，核试验延期禁令生效，但是在YuccaFlat（YF）和PahuteMesa（PM）的5次试验推迟了欧洲空间局ERS1卫星首个SAR存档数据的使用。在YF和PM，用InSAR探测出地震同震和后震地面变形的多种类型，包括塌陷、断裂和永久性的局部沉降。时间序列的干涉图（1992年~1997年）显示，地震后震信号发育并持续了多年。空间上变化的沉降速率是局部地质、水文地质特征和变形过程变化共同作用的结果（Laczniak等，2003；Vincent等，2003）。正在发生的变形的分布和速率让调查者认为，在PM，变形的主要原因是测试震源上部的破碎带形成的地下裂隙的重力圈闭，在YF，主形变是孔隙弹性介质的响应。在测试期间，推断YF处的孔隙弹性变形引起了某些地面的抬升，主要原因是，在凝灰岩堆中水位之下引爆的核试验的能量产生了过大的压力，导致低渗透性凝灰岩隔水单元（“凝灰岩堆”）的膨胀。当1992年试验停止的时候，变形主要表现为地面沉降，主要是由于凝灰岩堆的再压缩，伴随着孔隙水压力的滞后消散，原生凝灰岩中的水释放进入到上面的含水层以及下伏的区域碳酸盐岩含水层中（Laczniak等，2003；Halford等，2005）。尽管并不知道抬升是否与1992年以前的作用有关，但上述解释的依据有：（1）InSAR测得的沉降的空间范围：–5年时间里（1992~1997），在水位之下测试引爆震中的周围，形成了深达140mm的椭球形沉降区，–被限制在Topgallant和Yucca两条断层之间（这两个断层限制了凝灰岩堆的分布）（2）测得的凝灰岩堆中的观测井水位：–在1992年试验停止前，其中一个井的水位超过预先测试的静水位400多m–试验之后，从1992年到2004年，下降了近75m，与沉降的减少速率一致–打钻之后，一般要经过几个月乃至几年的时间才能达到平衡（3）从1992年到1998年，在一个揭穿试验产生的洞穴的井中测得的水位增加了45m，表明有水涌入利用InSAR观测的位移和水位来约束地下水流模拟，伴随着凝灰岩堆中的压力降低和多孔弹性变形（Halford等，2005）。利用横断面模型和三维模型模拟对水位之下核试验引爆产生响应的凝灰岩堆中的地下水流和弹性地面形变的变化（1962年~2003年）。模拟结果和观测的沉降速率之间拟合较好。利用反演模拟来约束对凝灰岩堆的渗透系数和储水率以及地下水向下伏区域碳酸盐岩含水层流入量的估计。利用观测水位（1991年~2003年）和InSAR测得的沉降速率（1992年~1997年）来识别校正模型。在模拟中，将凝灰岩堆作为均质各向同性的单元，具有统一的渗透系数和储水率。Topgallant断层和Yucca断层用通用水头边界来模拟，导水系数为3×10−8m2/d，阻止了地下水的运动。将凝灰岩堆的压缩过程模拟为多孔弹性过程，可以表示为：（2）式中，Δb是厚度的变化，等于地面标高的变化（L），ΔS是储存量的变化——水头每变化一个单位时，单位面积上释放或贮存的水量（L3/L3），Ss是储水率——水头每变化一个单位时，单位厚度，单位面积上释放或贮存的水量（L-1）。用横断面模型和三维模型估计出的储水率分别是6×10−6m−1和9×10−6m−1。两种模型估计的渗透系数是3×10−6m/d。（四）改进含水层系统的概念模型和参数约束实例研究示范了InSAR在可压缩的松散盆地填充物和其它冲积和湖积物中的变形含水层系统的绘图、监测、分析和模拟中的应用。从InSAR形变的时空数据中获得的定性认识和定量的参数估计，尤其是与其它水文地质信息联合使用的时候，对约束地下水流和含水层系统压缩的区域水文地质概念模型和数值模型是非常有用的。InSAR对概念模型和参数约束的改进主要体现在以下几个方面。1、阻碍地下水流动的断层断层是区域地下水流系统中重要的水力组成。在饱和的松散盆地填充物中，影响地下水流动的断层一般都是阻水的。在有足够多的水位资料可用的地方，一般能够从区域等势图上确定出水平水力梯度很大的地方，以此来推断埋藏断层的存在或者证实已绘出的断层对地下水流的影响（如Dutcher和Garrett，1963）。地下水盆地或子盆地的边界常常根据断层来界定。阻水断层会将水平渗透系数形成对比的水文地质单元并置在一块，包含渗透性低的断层泥与（或）拉伸、涂抹和压缩的弱透水层夹层，形成陡倾的阻水边界，导致断层上游梯度处水头（水位）升高，断层带两边出现非常大的水力梯度。从空间详细的InSAR位移图上获得的一个更加重要的结果就是，识别与已绘或未绘断层相关的不连续的差分地面形变。InSAR在确定潜在断层位置中的有效性要依赖于断层两侧相邻水文地质单元（可能是被断层隔断的）的骨架压缩性和水位的时间变化。在位移图上，若典型线性结构两侧存在非常大的位移梯度，则可以表明存在潜在的断层阻碍，至少在断层一侧的水文地质单元相对大的骨架压缩性和水位变化有利于这些特征的出现。由沉积因素或者后来的侵蚀或者改造引起的沉积相中相对大的水位变化鲜明的空间差异的存在也能够引起非常大的位移梯度。沉积相的横向变化是渐进的，与沉积相变形有关的位移也是如此。上文介绍的几个研究实例说明了InSAR位移图如何就特定断层在它们所处的地下水流系统中的作用提供新的信息。许多其它的研究也证实，InSAR在确定地质结构对地下水开采和补给造成的变形的影响方面有很好的实用性（如Bawden等，2001；Lu和Danskin，2001；Heywood等，2002；Buckley等，2003）。在SantaClara谷，SilverCreek断层（带）的埋藏范围第一次从InSAR上得到了识别，随后经过集中的地球物理调查得到了确认。SilverCreek断层比较有趣的一个方面是差分位移存在明显的季节变化。另一方面，该断层造成的影响很明显，即使系统的变形在弹性范围内，受储水率弹性骨架部分的控制，弹性骨架储水率通常要比非弹性骨架储水率小一个数量级还多（Riley，1998）。在拉斯维加斯谷，以前绘制的Eglington断层的地面痕迹与InSAR绘制的西北部沉降区的边界有一定的关联。尽管局部的差分位移（与断层过去的运动相反）已经进行了测量（Bell和Price，1991），但是在InSAR应用之前，并不知道它们与区域位移场的关系（Bell等，2002）。InSAR绘制的位移与其它已知断层也是有关联的，特别是沿着南部沉降区西南部边界的断层，它们将北拉斯维加斯沉降区与中部沉降区隔断。在YuccaFlat，InSAR位移图的西部和东部边界与已绘制的Topgallant断层和Yucca断层是相互关联的。研究人员把这些分布图与水位以及其它水文地质信息综合起来研究，最后将断层刻画为导水性差的通用水头边界，在凝灰岩堆侵入体的水流模拟中是阻水的（Halford等，2005）。2、可压缩性沉积物的分布当与水位和水文地层信息结合起来应用时，空间详细的InSAR位移图就能够帮助绘制可压缩性沉积物的分布，确定超固结区。InSAR观测的因含水层系统变形导致的位移发生在具有足够大压缩性的沉积物（通常是松散的粉土和粘土）分布且承受了足够大应力（水位变化，通常是由地下水补排发生变化造成的）的地方。在一些承受了相对大的应力的地区，没有观测到位移，表明该地区不存在高压缩性的沉积物或者存在的是超固结的沉积物。这一信息对构建一个盆地的沉积相和可能的气候历史，以及约束水文地质结构与水流和沉降数值模型，都是非常有用的（Hanson等，2004）。在内华达州的拉斯维加斯谷，InSAR绘制的1992年~1997年的沉降图与粘土总厚度的分布和前期开采到1990年的水位下降有关（Amelung等，1999）。沉降区向水位发生最大变化的东部地区以及粘土总厚度最大的西部地区偏移。在水位下降最大的地区没有任何明显的沉降，可能是缺少足够厚度的粘土层且在InSAR观测前的22年里达到最低水位。历史上（1963年~2000年），在水位下降最大的这个地区，测得的沉降一般小于0.3m（Bell等，2002）。在加利福尼亚羚羊谷Lancaster的南部，没有从InSAR发现明显的位移，可能的原因是，尽管存在细粒的湖泊沉积物和大的地下水位下降，但这些沉积物是超固结的（Galloway等，1998）。这个地区的InSAR沉降图（可以忽略）和模型的模拟结果之间存在显著差异。这并不奇怪，因为含水层系统压缩模型是基于可用的水文地质和历史大地测量信息，而不是InSAR观测。后来，根据部分的InSAR观测，对1998年在位于Lancaster南部的一个监测井（Lancaster钻孔伸长计监测站附近）建井过程中所取的岩芯进行磁性分析，结果表明在羚羊谷的这个地区，湖积单元的历史在大约780,000年以上（Fram等，2002）。对所取岩芯进行的固结试验表明，湖积物是固结的（PeterMartin，USGS，数据未出版公开，2006）。与此相反的是，位于Rogers湖附近Lancaster东北部的湖积单元的历史可能小于14,000年（Ponti，1985），而且是松散的，比Lancaster钻孔伸长计监测站处的那些单元更易压缩（Sneed和Galloway，2000）。后来，在Lancaster南部地区，根据InSAR观测和岩芯分析，模型利用较小的压缩性和较大的前期固结压力模拟了沉降（Hoffmann等，2003a；Leighton和Phillips，2003），最终的模拟值与观测值之间拟合较好。3、储水性质的估计利用钻孔伸长计对压缩持续精确的测量，结合压力计测量的时间序列的水位资料，来确定应力-应变关系，计算变形含水层系统的储水系数（如Riley，1969；Hanson，1989；Pavelko，2000，2004；Sneed和Galloway，2000）。利用太沙基（1925）有效应力原理将地下水位（压力水头）的变化和饱和多孔介质骨架上的有效应力联系起来：（3）式中，是有效应力或粒间应力（ML−1T−2），是总应力（ML−1T−2），是水的比重（ML−2T−2），h是水头（L）。含水层的储水系数是无量纲的，在承压条件下，有：（4）上式中，是由于含水层系统中孔隙水被压缩的那部分储水系数，是含水层系统骨架储水系数（5）上式中，是骨架储水率，是骨架压缩系数（M−1LT2），是含水层系统的厚度（*表示含水层系统性质）。盆地填充冲积含水层系统一般是非均质的，由不同颗粒大小、孔隙度、渗透系数和厚度的沉积物构成。沉积物分为两种类型的水文地层单元——含水层和弱透水层。是骨架储水系数，由含水层和弱透水层的骨架储水系数两部分构成。在特定厚度的松散冲积含水层系统中，一般有>，由水头变化引起的储水量的变化在很大程度上由骨架压缩系数决定。两种含水层系统的骨架储水系数，\o"点击图片看全图"和，储水率\o"点击图片看全图"和，压缩系数和，可以分别针对应力的弹性和非弹性范围来定义。一般地，水文地质学家已经假设，含水层系统中粗颗粒沉积物为弹性变形，构成承压的和层间弱透水层的细颗粒沉积物可以发生弹性和非弹性两种类型的变形。一般在承压水流动方程中以及在含水层水力试验评价中所用的储水系数是弹性储水系数（6）其中，含水层弹性骨架储水系数是（7）上式中，b是含水层厚度，或者在含水层水力试验中，含水层中重点研究部分的厚度。Riley（1969）认为，在有效应力缓慢变化以及总应力不变的时间内（式3），可以用成对的水头变化和位移的时间序列来计算，计算公式如下：（8）式中，在应力的弹性变化范围内，。拉斯维加斯谷的弹性储水系数利用拉斯维加斯谷干涉图测量的时间序列的位移（Δb）结合成对的水位时间序列（Δh，见拉斯维加斯研究实例；Hoffmann等，2001），根据式（8）进行计算。利用拉斯维加斯谷季节性的InSAR位移图，结合地下水位，能够实现有空间变化的发生显著弹性变形的那部分含水层系统的储水系数的估计。在SantaClara谷的一个监测站，利用以前从钻孔伸长计分析确定的，将测量的水位时间序列利用式（8）转换为位移（Poland和Ireland，1988），结果与同时期的InSAR时间序列的位移吻合得很好（Schmidt和Bürgmann，2003）。4、弱透水层的排水：滞后，永久性变形在很多承压和半承压冲积含水层系统中，弱透水层（低渗透性的粉土层和粘土层）占主要部分，并构成系统长期的地下水储存能力，甚至在基本是弹性变形的条件下。这是因为与渗透性更好的粗颗粒的含水层相比，弱透水层具有足够大的孔隙和压缩性，而且，一般来说，总厚度要更大一些。在加利福尼亚SanJoaquin谷的一个大型地区，SantaClara谷东南部150~200km，Poland等（1975）估计，在1930年~1970年期间，所开采的近37亿m3的地下水中，大约有1/3都是来自于“压缩释水”——在大大超过前期最大固结压力的人为应力的条件下，通过弱透水层的非弹性压缩从储存量中释放出来的水。在这段时间内，局部地面沉降达8m多。由于弱透水层和厚夹层的渗透性小，且非弹性储水系数相对较大，因此这些单元的排水可能会远远滞后于相邻含水层中水位的下降。一般来说，当相邻含水层中的水头变化的时候，弱透水层中水头的平衡是滞后的，尤其是对于应力在非弹性范围内水头下降的情况。在厚的层间弱透水层的内部以及厚的承压单元的末端出现的滞后效应与含水层高频率的季节性水头波动是相对独立的，而与含水层水头低频率的、年际和长期趋势更相关。弱透水层中有效应力转移变化的同时，在整个含水层系统中，水头逐渐达到平衡，并导致系统的滞后变形。伴随弱透水层极其缓慢的排水压缩过程而同时发生的地面沉降可能会持续几十年甚至几个世纪。在含水层系统中，永久变形最重要的形式可能就是残余变形。在外加应力增加一定的情况下，最终发生的压缩量与特定时间下已经发生的压缩量之间的差就是残余变形量。太沙基固结理论（1925）描述了当相邻含水层中的水头降低的时候，弱透水层的释水滞后，以及当相邻含水层水位下降已经稳定之后的很长一段时间内仍会持续的残余变形。基于这一理论，Riley（1969）指出，对于在相邻含水层中的水头发生瞬时下降之后的二次释水的弱透水层而言，时间常数（T）可以定义为（9）上式中，符号（′）表示弱透水层的性质，是垂向渗透系数，是储水率（对于比前期固结压力还大的应力，，可以在上式中进行替换）。时间常数（）是在相邻含水层的水头下降之后，达到最终压缩量的大约92%时所需的时间。Riley（1969）根据SanJoaquin谷的一个钻孔伸长计测得的非弹性变形的季节性资料所做的应力-应变关系分析确定了的值。他的计算结果是，在连续9年间，不同的夏季灌溉抽水量只造成4.6~8.3%的最终压缩量，很可能是因为观测到的含水层水位季节性下降导致的。利用这些值最终确定的平均非弹性时间常数为4.6年，据此，他利用式（9）计算了平均的垂向渗透系数。因此，变形数据，结合测得的应力变化，能够用来估计弱透水层的渗透系数以及压缩系数。其他一些学者也利用这些概念来约束含水层系统压缩模型中对的估计（如Helm，1975，1978；Epstein，1987；Hanson，1989；Sneed和Galloway，2000；Hoffmann等，2003a；Pavelko，2004）。在这些分析中，已经计算出的时间常数的范围从1年到1000多年。当同时期的地下水位信息也可用的时候，InSAR对于确定受残余变形影响的地区是非常有用的。因为测得的观测井中的地下水位趋向于表示含水层的水头，当地下水位是稳定的或者正在恢复的时候，仍在继续的沉降很可能意味着是残余变形。在羚羊谷和拉斯维加斯谷的大面积地区，历史上地下水的开采最终造成了残余变形，对此利用InSAR进行了识别和绘图。从每个谷钻孔伸长计监测站获得的时间序列的水头-变形数据证实了存在残余变形（Sneed和Galloway，2000；Pavelko，2000，2004）。在羚羊谷，根据钻孔伸长计的测量数据约束的含水层系统压缩一维模拟计算的时间常数是17天~350年（Sneed和Galloway，2000），而在拉斯维加斯谷是100年~1300年（Pavelko，2004）。在羚羊谷，InSAR结合地下水位信息表明，Rogers湖的南部仍在发生残余变形，大体上与已经绘制的湖积单元的分布有关（Hoffmann等，2003a）。在拉斯维加斯谷Eglington断层南部粘土层总厚度很大的大部分沉降影响区，地下水位从1990年开始，已经基本上得到了恢复，而InSAR位移（1992年~1997年）显示出了明显的沉降，说明残余变形正在发生（Amelung等，1999）。在羚羊谷，利用InSAR位移和其它水文地质信息来约束地下水流、含水层系统滞后压缩和地面沉降的耦合反演模型（见羚羊谷研究实例，Hoffmann等，2003a）。计算出的弱透水层的时间常数从3.8年~285年。尽管考虑了滞后压缩明显提高了沉降的模拟和观测之间的拟合效果，但是SAR数据的时间覆盖率（3年）没有能够紧密地约束较大的时间常数。在内华达YuccaFlat，所发生的永久变形是弱透水层释水导致的，而与地下水开采无关（见YuccaFlat研究实例）。InSAR表明，在这个单元水位以下进行的地下核武器试验停止后的5年，在弱透水层（凝灰岩堆）中出现了永久沉降（Laczniak等，2003；Vincent等，2003）。1992年，当试验停止的时候，凝灰岩堆中的水位最初升高到试验前静水位以上将近400m，然后朝着未扰动的值下降。InSAR测得的1992~1997年之间的沉降是凝灰岩堆弹性压缩造成的，伴随着其缓慢的排水。Halford等（2005）模拟了凝灰岩堆中的地下水流，估计了控制潜在污染的地下水向下伏区域碳酸盐岩含水层排泄的水力参数。参数估计用测得的水位和InSAR获得的沉降率来约束。预测模拟显示，由于核试验的累积效应，将有200万m3的地下水从凝灰岩堆排泄到碳酸盐岩含水层，同时由于核试验到目前的影响，2005年会发生最终排泄量和沉降总量的50%，2200年达到92%。三、限制在水文地质研究中，星载SAR差分干涉测量的主要应用就是从空间上进行详细的制图和对含水层系统变形时间序列上的测量，对与含水层系统变形无关的一些水文地质过程还未涉及到，但有一个例外,可能就是与浅层土壤介电常数变化相关的一些浅层过程（Nolan等，2003）。对于地下水的补给、流动和排泄过程，InSAR和PSI的主要应用限制就是，在盆地填充的冲积含水层系统中的大部分固结的基岩含水层系统和相对薄的、渗透性强的粗颗粒的沉积物在应力变化条件下，一般变形都非常小。水资源开发集中在这些渗透性和导水性好的、比较容易保证开采量的粗颗粒的部分。但是，大部分冲积含水层系统都是非均质的，很大一部分都是由高压缩性、高储存能力、低渗透性、细颗粒、富含粉土和粘土类的弱透水层组成，并与承压的粗颗粒含水层互层。到目前为止，大部分应用于变形含水层系统研究的InSAR都受这类系统的限制。另一个重要的限制就是，对于很多类地形，SAR图像之间的相干性在时间上的快速损失。在植被密集区或者地面受到扰动的地区（如农业区），InSAR会损失相干性。尽管PSI能够在城市地区避开这种问题，但是在农村和农业区，仍会受到明显的限制，这些地方的PSI结果经常不可靠。遗憾的是，在很多易发生含水层系统压缩的盆地中，依赖地下水的灌溉农业是一种主要的土地利用方式。在很多干涉图中，大气（湿度、气压、温度）影响是十分明显的。大气条件的变化引起雷达发射波和反射波传播过程中的时空变化，会造成干涉相位的明显变化（Zebker等，1997），很难与变形区分开来。这种大气的负面影响在潮湿的沿海地区很常见（如Stork和Sneed，2002；Buckley等，2003）。任何地方都可能存在这种负面影响，但是在干旱地区不常见，例如夏季季风期的美国西南部地区（Heywood等，2002），以及位于下风向和邻近沿海山脉的其它干旱盆地，如洛杉矶东北部的莫哈韦沙漠（Sneed等，2003）。InSAR所用的卫星轨道和SAR传感器（ERS，Radarsat，J-ERS和Envisat-ASAR）存在三个主要因素限制了InSAR在地面变形监测中的应用：（1）植被覆盖区的时间去相关经常在ERS、Radarsat、Radarsat和Envisat-ASAR传感器所用的C波段雷达频率上比较严重。正如上文所述，在很多地区，灌溉农业是导致地下水超采和含水层系统压缩的主要原因。因此，植被覆盖导致的去相关经常会阻碍这些含水层系统的InSAR测量。（2）对于位移制图，理想上能够利用准确的重复轨道，消除地形对测量信号的影响而获得SAR影像。尽管在处理过程中，用DEM对地形影响进行修正，但不一定总有高质量的DEM可用，因此还是会存在残差影响。可以挑选出适合用来检测干涉测量变化的SAR影像对，以将地形影响最小化。由于过去最常用的一些传感器（ERS，Radarsat）都没有优化干涉测量处理的设计，因此只有部分SAR影像才适合于干涉测量变化的检测。未来获取的影像不会与其它任何SAR影像成对，这是因为运行轨道的重复精度不够。因此，对于InSAR而言，希望SAR图像样品的采集频率能够明显小于这些卫星的重复轨道周期（如对于ERS和Envisat，，对于Radarsat，）。（3）SAR干涉测量LOS位移。例如，视角α（在ERS平台上为20~26°，在Envisat平台上为20~45°）至少在因子（例如，当α=23°时，≈2.4）时，对垂向位移比对水平位移更敏感。利用基本上同时期的上升轨道获得的SAR影像对和下降轨道获得的SAR影像对，可以评价反视角能否揭示出水平位移造成的差分信号（Hoffmann和Zebker，2003）。但是，一般来说，可用的上升阶段获取的影像很少，在不做其它假设的条件下，很难求得水平位移。关注地面水平位移的研究可能要使用较大入射角下（能够提高敏感性）获取的影像。不过，基本上还是需要其它辅助信息，才能从利用极轨道上的空间传感器获得的干涉测量得到一个三维位移场。SAR影像的全球可用性存在一些限制。除了以前已成像过的研究区外，很多地区几乎没有或者根本没有获取影像。例如，墨西哥和中国的沉降区有明显的含水层系统压缩问题，但是却受ERSSAR覆盖率的限制。对EnvisatSAR覆盖率而言，SAR发射信号的多种可选的极化现象会限制适合于InSAR处理的SAR图像对的可用性。适合干涉测量的ERS1SAR提取的适用时间段从1992年~1996年，ERS-2数据的可用时间从1995年至今，但是从2001年开始，由于运行问题，ERS-2的数据质量下降了。综合利用1992年至今的ERS-1和（或者）ERS-2数据，可以形成合适的干涉像对。Envisat卫星已于2002年发射，预计将在2011年发射SENTINEL-1（C波段干涉测量雷达卫星）。Envisat和ERS数据一般不能用来形成干涉像对，但是它们可以用于PSI分析中。在大多数的水文地质应用中，就探测变化而言，合适的SAR数据的时间可用性存在两个明显的空白：（1）1995年~1996年，ERS-1和ERS-2先后发射的9个月；（2）2001~2002年，在Envisat数据可用之前，ERS-2数据质量下降的时候。雷达卫星（Radarsat）获取，从1996年开始适用，在水文地质方面的应用还未达到ERS数据的应用程度。主要原因可能是，在科学研究中，雷达卫星数据的使用没有像ERS数据那样引起足够的关注。此外，还有其它一些问题，如相对不准确的卫星轨道控制给InSAR处理的几何特征需求增加了更多的复杂性，缺乏建立有用存档的科学的背景卫星任务，以及各种传感器的获取模式，这样就减少了获得能被干涉测量组合的图像的机会。JERS-1是一个L波段传感器，运行时间从1992年~1998年。尽管L波段频率更少受去相关影响，因此可能更有应用前途，但是数据还没有像ERSC波段数据那样得到更广泛的应用。易于限制星载SAR干涉测量在水文地质研究中的广泛应用的其它因素包括数据处理、卫星图像采集，以及地面实况信息不足。可用的商业处理软件都比较昂贵，同时需要巨大的投资来开发产生典型干涉图所必需的技术。考虑研究区的位置和研究时间，可用的SAR影像存档可能会太小甚至于不存在。让卫星采集新的图像可能需要获得首席调查特权，进一步依赖于其它的采集优先权。这些因素易于限制InSAR的临时应用，阻碍了对变形含水层系统的探测。其它一些限制因素是帮助解译干涉图的测量资料和水文地质地面实况信息不足。四、未来的应用正在进行中的一些InSAR应用提高了对非均质、冲积含水层系统中的变形弱透水层的空间分布的刻画，促进了对这些单元和含水层关系的认识。InSAR目前的技术条件能够进一步加强对含水层系统压缩的监测，约束地下水流和含水层系统压缩模型，但是InSAR目前在盆地填充冲积含水层系统的水文地质条件刻画中还未得到充分利用。InSAR在水文地质中的未来应用可能包括新的运作和研究应用，通过对地下水位和地面变化的综合监测和分析，将提高对含水层系统的可持续性评价和管理评价，同时也会加深对复杂含水层系统在自然和人类应力下的水力耦合响应的认识。过去最常用的星载SAR干涉测量传感器已针对SAR图像进行了优化，而不是针对干涉测量本身。结果是卫星的轨道形状和控制不理想，导致最终获得的干涉图质量变差。未来的传感器有望在这点上得到改进，使InSAR得到更广泛地应用。两个方面的发展将促进在水文地质领域中的未来应用：（1）新的SAR传感器会越来越可用，能够在更大的空间精度上并以更高的时间精度辅助调查。例如，已于2006年10月发射的TerraSAR-X卫星将会以近1m的空间精度，从11天的重复轨道上提供SAR数据