Earthquakes and volcanic eruptions are disaster that causes billions of dollars in property damage and the loss of human life. Therefore, it is required to effectively monitor earthquakes and volcanoes. With the increase of satellite data, researches on earthquake and volcano using satellite imagery has been improved. Satellite images can be divided into three types i.e. optical, thermal, Synthetic Aperture Radar (SAR) and each image has different characteristics. In this article, we summarized its advantages and disadvantages of each type of satellite image. Moreover, we investigated the previous researches about earthquake and volcano using satellite images. Finally, we suggest application method to respond earthquake and volcano disaster using satellite images.
Kim, Hee Un;Hwang, Eui-Hong;Lee, HaSeong;Lee, Duk Kee
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.38
no.6
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pp.689-696
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2020
It is known through prior research that the crust of the Korean Peninsula moves southeast at an annual average of 3 cm/year. The 2011 Great East Japan Earthquake caused a great change in the crust of the Korean Peninsula. Since then, the frequency of earthquakes has increased on the Korean Peninsula. Therefore, by using NGII and IGS GNSS observation data of the recent 15 years, to analyze the trends of changes in the deformation of the Korean Peninsula before and after the outbreak of the Great East Japan Earthquake. Data processing utilized Bernese Software V5.2, a widely used scientific and technical software around the world. As a result, the global movement of the Korean peninsula differed by about 4mm and the direction of movement by about 10° compared to before the Great East Japan Earthquake. As for the internal distortion of the Korean Peninsula, the East-West expansion of the Korean peninsula's crust was observed during the Great East Japan Earthquake, but it is believed that it has not fully returned to the level before the Great East Japan Earthquake.
We detected the coseismic ionospheric disturbance generated by the earthquakes of magnitude 5.0 and greater in Korean Peninsula. We considered the seismic events such as Gyeongju earthquake in September 2016 with magnitude 5.8, the Pohang earthquake in November 2017 with magnitude 5.4, and the underground nuclear explosion from North Korea in September 2017 with magnitude 5.7. Although all GPS stations were not detected, the ionospheric disturbance induced by these earthquakes occurred approximately 10-30 minutes and 40-60 minutes after the events. We inferred that the time difference within each variation is due to the different focal depth and the geometry of epicenter, satellite, and GPS station. In the case of the Gyeongju earthquake, the earthquake had relatively deeper depth than the other earthquakes. However, the seismic magnitude was bigger and it occurred at nighttime when the ionospheric activity was stable. So we could observe such anomalous variations. It is considered that the ionospheric disturbance caused by the difference in velocity of the upward propagating waves generated by earthquake appears more than once. Our results indicate that the detection of ionospheric disturbances varies depending on the geometry of the GPS station, satellite, and epicenter or the detection method and that the apparent growth of amplitude in the time series varies depending on the focal depth or the site-satellite-epicenter geometry.
The volcanic ash can spread out over hundreds of kilometers in case of large volcanic eruption. The deposition of volcanic ash may induce damages in urban area and transportation facilities. In order to respond volcanic hazard, it is necessary to estimate efficiently the diffusion area of volcanic ash. The purpose of this study is to compare in-situ volcanic deposition and satellite images of the volcanic eruption case. In this study, we used Near-Infrared (NIR) channels 7 and 8 of Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) images for Mt. Aso eruption in 16:40 (UTC) on October 7, 2016. To estimate deposit area clearly, we applied Principal Component Analysis (PCA) and a series of morphology filtering (Eroded, Opening, Dilation, and Closing), respectively. In addition, we compared the field data from the Japan Meteorological Agency (JMA) report about Aso volcano eruption in 2016. From the results, we could extract volcanic ash deposition area of about $380km^2$. In the traditional method, ash deposition area was estimated by human activity such as direct measurement and hearsay evidence, which are inefficient and time consuming effort. Our results inferred that satellite imagery is one of the powerful tools for surface change mapping in case of large volcanic eruption.
Volcanic ash is a fine particle smaller than 2 mm in diameters. It falls after the volcanic eruption and causes various damages to transportation, manufacturing industry and respiration of living things. Therefore diffusion information of volcanic ash is highly significant for preventing the damages from it. It is advantageous to utilize satellites for observing the widely diffusing volcanic ash. In this study volcanic ash diffusion information about two eruptions of Mt. Sakurajima were calculated using the geostationary satellite, Communication, Ocean and Meteorological Satellite (COMS) Meteorological Imager (MI) and polar-orbiting satellite, Landsat-8 Operational Land Imager (OLI) and the Thermal InfraRed Sensor (TIRS). The direction and velocity of volcanic ash diffusion were analyzed by extracting the volcanic ash pixels from COMS-MI images and the height was retrieved by adjusting the shadow method to Landsat-8 images. In comparison between the results of this study and those of Volcanic Ash Advisories center (VAAC), the volcanic ash tend to diffuse the same direction in both case. However, the diffusion velocity was about four times slower than VAAC information. Moreover, VAAC only provide an ash height while our study produced a variety of height information with respect to ash diffusion. The reason for different results is measured location. In case of VAAC, they produced approximate ash information around volcano crater to rapid response, while we conducted an analysis of the ash diffusion whole area using ash observed images. It is important to measure ash diffusion when large-scale eruption occurs around the Korean peninsula. In this study, it can be used to produce various ash information about the ash diffusion area using different characteristics satellite images.
Estimating damage in each sector that can be caused by volcanic ash deposition, is very important to prepare the volcanic ash disaster. In this study, we showed predicted-Korean-volcanic-ash damage of each sector by using volcanic ash diffusion simulation and spatial-data-based volcanic ash damage sector in previous study. To this end, volcanic ash related base maps were generated by collecting and processing spatial information data. Finally, we showed Korean-volcanic-ash-deposition damages by sector using the collected Mt. Aso volcanic ash scenarios via overlapping analysis. As a result, volcanic-ash-related damages were expected to occur in the 162 and 134 districts for each Aso volcanic ash scenarios, since those districts exceeds the minimum volcanic ash damage criterion of 0.01 mm. Finally, we compared possible volcanic ash damages by sectors using collected and processed spatial data, after selecting administrative districts(Scenario 190805- Kangwon-do, Kyungsangbuk-do; Scenario 190811-Chuncheon-si, Hongcheon-si) with the largest amount of volcanic ash deposition.
Korean peninsula is known to be far from the plate boundary and not to generate large-scale earthquakes. However, earthquakes recently occurred in Gyeongju (2016/09/12, $M_L=5.8$) and Pohang (2017/11/15, $M_L=5.4$). The interest in earthquake engineering has increased, and various studies are actively underway by recently events. However, the seismic station network in Korea is less dense than that of the western U.S., resulting in the lack of data for detailed analyses of earthquakes. Therefore, KMA (Korea Meteorological Administration) set up temporary seismic stations and recorded ground motions from aftershocks. In this study, characteristics of Pohang seismic propagation and generation of bedrock motion are analyzed through the aftershock ground motion records at both permanent and temporary stations, as well as through the collected geological structure and site information. As a result, the response at Mangcheon-Li shows evidences of basin effects from both geology structures and measured aftershock motions.
Interferometric synthetic aperture radar (InSAR) is a remote sensing technique capable of measuring ground surface deformation with sub-centimeter precision and spatial resolution in tens-ofmeters over a large region. This paper describes basics of InSAR and highlights our studies of Alaskan volcanoes with InSAR images acquired from European ERS-l and ERS-2, Canadian Radarsat-l, and Japanese JERS-l satellites.
An Earthquake Early Warning (EEW) system is a technology that alerts people to an incoming earthquake by using P waves that are detected before the arrival of more severe seismic waves. P-wave analysis is therefore an important factor in the production of rapid seismic information as it can be used to quickly estimate the earthquake magnitude and epicenter through the amplitude and predominant period of the observed P-wave. However, when a large-magnitude teleseismic earthquake is observed in a local seismic network, the significantly attenuated P wave phases may be mischaracterized as belonging to a small-magnitude local earthquake in the initial analysis stage. Such a misanalysis may be sent to the public as a false alert, reducing the credibility of the EEW system and potentially causing economic losses for infrastructure and industrial facilities. Therefore, it is necessary to develop methods that reduce misanalysis. In this study, the possibility of seismic misclassifying teleseimic earthquakes as local events was reviewed using the Filter Bank method, which uses the attenuation characteristics of P waves to classify local and outside Korean peninsula (regional and teleseismic) events with filtered waveform depending on frequency and epicenter distance. The data used in our analysis were analyzed for maximum Pv values using 463 events with local magnitudes (2 < ML ≦ 3), 44 (3 < ML ≦ 4), 4 (4 < ML ≦ 5), 3 (ML > 5), and 89 outside Korean peninsula earthquakes recorded by the KMA seismic network. The results show that local and telesesimic earthquakes can be classified more accurately when combination of filtering bands of No. 3 (6-12 Hz) and No. 6 (0.75-1.5 Hz) is applied.
On September 3rd 2017, strong artificial seismic signals from North Korea were detected in KMA (Korea Meteorological Administration) seismic network. The location of the epicenter was estimated to be Punggye-ri nuclear test site and it was the most powerful to date. The event was not studied well due to accessibility and geodetic measurements. Therefore, we used remote sensing data to analyze surface changes around Mt. Mantap area. First of all, we tried to detect surface deformation using InSAR method with Advanced Land Observation Satellite-2 (ALOS-2). Even though ALOS-2 data used L-band long wavelength, it was not working well for this particular case because of decorrelation on interferogram. The main reason would be large deformation near the Mt. Mantap area. To overcome this limitation of decorrelation, we applied offset tracking method to measure deformation. However, this method is affected by window kernel size. So we applied various window sizes from 32 to 224 in 16 steps. We could retrieve 2D surface deformation of about 3 m in maximum in the west side of Mt. Mantap. Second, we used Pleiadas-A/B high resolution satellite optical images which were acquired before and after the 6th nuclear test. We detected widespread surface damage around the top of Mt. Mantap such as landslide and suspected collapse area. This phenomenon may be caused by a very strong underground nuclear explosion test. High-resolution satellite images could be used to analyze non-accessible area.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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