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:地面沉降。当与相对海平面上升相结合时，陆地下沉会增加沿海洪水的频率和数量。
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珍妮·索伯(Jeanne Sauber)说，在岛屿上防范洪水需要对地面下沉的程度和位置进行可靠的测量。她说:“你需要详细了解哪里的土地下降最快。”索伯和美国宇航局的几位同事正在结合遥感工具来弄清楚这一点。
从历史上看，由于两个原因，对热带小岛的沉降测量一直很困难。岛屿通常没有多少资源来获取陆地表面的详细测量数据，中午浓密的云层和植被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，美国宇航局的一个科学家小组去年发表了一项关于如何更好地绘制地震多发岛屿地面变化地图的研究。他们发现，结合使用卫星和地面观测可以得到更细致、更全面的地图。
过去，科学家们使用了图图伊拉岛上两个测量点的数据:一个GPS站和岛上的一个潮汐计。他们通常将这些点与卫星测高相结合，这使得科学家能够广泛地监测海洋表面的高度。但这些数据只提供了有限的情况。
在这项研究中，研究人员增加了干涉合成孔径雷达(InSAR)，这使他们能够看到地面的变化。InSAR是一种比较在不同时间收集的同一地区的卫星雷达图像，以发现地球表面的运动和跟踪地面高度变化的技术。
研究发现，在2015年至2022年期间，图图伊拉岛每年平均下沉0.24至0.35英寸(6至9毫米)，而2009年地震前每年平均下沉0.04至0.08英寸(1至2毫米)。地震发生后下沉率最高，尤其是沿海地区。
美国宇航局戈达德博士后项目研究员、该研究的主要作者斯泰西·黄说:“由于那里的全球定位系统站，我们知道这里的地面变形有多大，但通过雷达遥感技术，我们可以得到一张更密集的地图，了解整个岛屿的情况。”
绘制更好的地图
合成孔径雷达数据是从飞机或卫星上收集的。它的工作原理是从卫星向地球表面发射微波脉冲，然后测量脉冲反弹所需的时间和反射强度，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地测量相对海拔和陆地表面的变化。黄和索伯的研究使用了欧洲航天局哥白尼哨兵- 1a卫星的数据。
研究人员还使用卫星高度计的数据来评估海平面，并将其与岛上帕果帕果潮汐测量站的测量结果相关联。测量图图伊拉的相对海平面，而高度计测量绝对海平面。在其他信号中，它们之间的差异显示了图图伊拉的陆地运动，或相对于地球中心的运动。
评估偏远岛屿地面沉降的挑战之一是了解岛屿的运动如何受到更广泛的构造板块运动的影响。通过包括图图伊拉的GPS站的测量，研究人员可以监测垂直运动的速度。
索伯说:“因此，我们不仅可以说出一个岛屿上的一个点相对于另一个点的情况，还可以说出这个岛屿相对于世界上其他地方的情况。”
为什么陆地会下沉
西太平洋这部分的地面沉降是太平洋和澳大利亚构造板块运动的结果。当一个板块从另一个板块下面经过时，一种叫做俯冲的现象就会沿着汤加海沟发生，汤加海沟是太平洋上的一个深峡谷。这个过程经常导致地震，造成岛屿表面的垂直运动，以及地表的变化。
为了了解每次地震后陆地发生了多大的变化，科学家们测量了一种叫做垂直陆地运动的东西——地球地下物质的移动和重新排列导致的陆地上下运动。
来自美国宇航局南加州喷气推进实验室的地球物理学家埃里克·菲尔丁说:“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。”“这种长期的地质过程适用于萨摩亚群岛，地震周期也增加了这一点。”
该研究的第三作者、NASA戈达德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。例如，根据雷和索伯之前的一项研究，图图伊拉的相对海平面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年的研究中，科学家们发现，地震前，该地区相对于陆地的海平面每年上升0.04至0.08英寸(2至3毫米)，但现在，相对海平面上升是全球平均水平的几倍。
雷说:“3毫米听起来可能不多，但随着时间的推移，它会产生不同。”
世界上许多岛屿都面临着海平面上升的问题，它们与图图伊拉岛有着相似的特征。研究人员希望将他们从图图伊拉岛学到的东西应用到其他岛屿的沿海恢复力规划中，包括美国宇航局和联合国之间的合作努力，为太平洋岛国的决策提供信息。
nisar是NASA-ISRO合成孔径雷达的缩写，由NASA和ISRO(印度空间研究组织)联合开发，计划于2024年初发射，将以极其精细的细节跟踪地球陆地和冰表面的运动，并将有助于识别和跟踪世界各地的垂直陆地运动。
沿海恢复力规划对于保护生活在小岛屿上的人们是必要的，它需要可靠的数据。
“我们真的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。“你不想让人们离开他们的家园，除非他们真的处于可怕的境地。”
