2009 年发生的 8.1 级地震加剧了美属萨摩亚的土地沉降。NASA 科学家引入了 InSAR 技术，揭示了地震后沉降率的增加。这项研究强调，全球沿海复原规划需要准确的数据。2009 年 9 月 29 日，美属萨摩亚、萨摩亚和汤加附近发生 8.1 级地震，引发的海啸造成人员伤亡和 2 亿美元的财产损失。地震还加剧了美属萨摩亚的另一个问题：沉降，即土地下沉。当海平面相对上升时，土地下沉会增加沿海洪水的频率和数量。

美属萨摩亚图图伊拉岛的大地遥感卫星图像，2022 年 7 月 22 日由大地遥感卫星 8 号上的陆地成像仪 (OLI) 拍摄。 图源：NASA 地球观测站/Lauren Dauphin

测量沉降的挑战

位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的地球物理学家让娜-索伯（Jeanne Sauber）说，在岛屿上防止洪水需要对地面下沉的程度和位置进行可靠的测量。她说："需要详细了解哪里的土地下沉得最快。"为此，索伯和几位美国国家航空航天局的同事正在结合遥感工具找出答案。

从历史上看，在热带小岛上进行沉降测量一直很困难，原因有两个。岛屿往往没有什么资源来获取陆地表面的详细测量数据，而且正午浓密的云层和植被会使良好的卫星数据难以获得。

以美属萨摩亚的图图伊拉岛为例，美国国家航空航天局的一个科学家小组去年发表了一项研究，探讨如何更好地绘制地震多发岛屿的地面变化图。他们发现，将卫星观测和地面观测相结合，可以绘制出更细致、更全面的地图。

过去，科学家们使用图图伊拉岛上两个测量点的数据：一个全球定位系统站和岛上的一个验潮仪。他们通常将这些测量点与卫星测高仪结合起来，这样科学家们就可以广泛地监测海洋表面的高度。然而，这些数据只能提供有限的信息。

主要发现

在这项研究中，研究人员增加了 InSAR（即干涉合成孔径雷达），这使他们能够看到地面变化的位置。干涉合成孔径雷达是一种通过比较在不同时间收集到的同一地区的卫星雷达图像来发现地球表面运动并跟踪地面高度变化的技术。

研究发现，2015 年至 2022 年间，图图伊拉岛平均每年下沉 0.24 至 0.35 英寸（6 至 9 毫米），而 2009 年地震前每年下沉 0.04 至 0.08 英寸（1 至 2 毫米）。地震发生后，尤其是海岸线一带的下沉速度最快。

美国国家航空航天局戈达德分局博士后项目研究员、该研究的第一作者 Stacey Huang 说："我们知道这一点上的地面变形程度，因为那里有 GPS 站，但有了雷达遥感技术，我们就能获得更密集的全岛情况图。"

绘制更好的地图

合成孔径雷达数据由飞机或卫星收集。它的工作原理是从卫星向地球表面发射微波脉冲，然后测量脉冲反弹回来的时间和反射的强度，即"反向散射"。与许多卫星仪器不同，这种雷达可以穿透云层和茂密的植被，使研究人员能够准确测量相对高度和地表的变化。Huang和Sauber的研究使用了欧洲航天局（ESA）哥白尼哨兵-1A卫星的数据。

研究人员还利用卫星测高仪数据评估海平面，并将其与岛上帕果帕果验潮站的测量数据进行关联。验潮仪测量的是相对于图图伊拉岛的海平面，而测高仪测量的是绝对海平面。两者之间的差值显示了图图伊拉岛相对于地球中心的陆地运动或移动。

评估偏远岛屿陆地沉降的挑战之一是了解岛屿运动如何可能受到更广泛的构造板块运动的影响。通过加入图图伊拉岛 GPS 站的测量数据，研究人员可以监测垂直运动的速度。

这项研究的合著者绍伯说："因此，我们不仅可以说岛屿上的一个点相对于另一个点在做什么，我们还可以说这个岛屿相对于世界其他地方在做什么。"

土地下沉的原因

西太平洋这一地区的陆地下沉是太平洋板块和澳大利亚板块运动的结果。当一个板块从另一个板块下面穿过时，太平洋的一个深峡谷汤加海沟（Tonga Trench）沿线就会发生一种叫做俯冲的现象。这一过程经常引发地震，造成岛屿表面的垂直运动和地表变化。

为了了解每次地震后陆地发生了多大变化，科学家们测量了一种叫做陆地垂直运动的东西--地球地下物质的移除和重新排列引起的陆地上下运动。

南加州美国宇航局喷气推进实验室的地球物理学家埃里克-菲尔丁（Eric Fielding）说："在数十万年甚至数百万年的时间里，这些火山岛往往会随着冷却而下沉。这一长期地质过程适用于萨摩亚群岛，而地震周期又加剧了这一过程。"

研究报告的第三作者、美国宇航局戈达德分部的地球物理学家理查德-雷（Richard Ray）说，海平面上升使问题更加复杂。以图图伊拉为例，根据雷和索伯等人之前的一项研究，相对海平面的上升幅度是全球平均水平的五倍之多。根据美国宇航局对卫星数据的分析，从 2021 年到 2022 年，全球平均海平面上升了 0.11 英寸（2.7 毫米）。在 2019 年的那项研究中，科学家们发现，地震前该地区相对于陆地的海平面上升幅度为每年 0.04 到 0.08 英寸（2 到 3 毫米），而现在，相对海平面上升幅度是全球平均水平的数倍。

雷说："3毫米听起来并不多，但随着时间的推移，它会产生很大的影响。"

全球影响和未来计划

世界上许多岛屿都面临着海平面上升的问题，这些岛屿与图图伊拉岛有着相似的特征。研究人员希望将从图图伊拉岛学到的知识应用到其他岛屿的海岸复原规划中，包括美国国家航空航天局（NASA）和联合国之间的合作，为太平洋岛国的决策提供信息。

NISAR是NASA-ISRO合成孔径雷达的简称，由NASA和印度空间研究组织（ISRO）联合开发，将于2024年初发射，它将以极其精细的细节跟踪地球陆地和冰面的运动，并将帮助识别和跟踪世界各地的陆地垂直运动。

要保护生活在较小岛屿上的人们，就必须进行海岸复原规划，而这需要可靠的数据。

"我们需要知道陆地下沉的速度，这样才能根据科学数据做出决策，"索伯说。"你不会想让人们离开自己的家园，除非他们真的会陷入绝境"。