Verbesserte Methode zur Überwachung der Karstoberflächenverformung basierend auf DS-InSAR mit dynamischem Vertrauensintervall – Eine Fallstudie im Gebiet des Toten Meeres
Karstabsenkungen gehören zu den weltweit bedeutenden geologischen Katastrophen und zeichnen sich durch komplexe zeitlich-räumliche Evolutionsmuster und Bildungsmechanismen in natürlichen Landschaftsgebieten aus. Obwohl die verteilte Streuer-Interferometrie (DS-InSAR) in komplexen Karstumgebungen Anwendungspotenzial besitzt, steht sie unter Bedingungen niedriger Kohärenz und nicht-urbaner Geländearten vor Herausforderungen wie begrenzter Genauigkeit bei der Erkennung homogener Pixel und instabiler Phasenzeitreihenlösung. Daher wird in dieser Studie ein verbessertes Algorithmus zur Erkennung homogener Pixel mit dynamischem Vertrauensintervall (D-HTCI) vorgeschlagen, das durch pixelweise dynamische Aktualisierung des Referenzmittels und des Vertrauensintervalls effektiv die Beschränkungen traditioneller Methoden bei niedrigem Kohärenzhintergrund überwindet und die Genauigkeit der DS-Punktextraktion sowie die Stabilität der Phasenzeitreihenlösung verbessert. Als Untersuchungsgebiet wurde das Karstgebiet entlang der Küste des Toten Meeres gewählt. Basierend auf 242 Sentinel-1A-Bildern aus den Jahren 2016 bis 2024 und in Kombination mit der sequentiellen DS-InSAR-Methode zur Langzeitphasenoptimierung wurde erfolgreich ein kontinuierliches, hochdichtes zeitliches Deformationsfeld der Erdoberfläche rekonstruiert. Die Ergebnisse zeigten, dass etwa 832.000 effektive Überwachungspunkte gewonnen wurden, was eine Steigerung um 367.000 und 153.000 Punkte gegenüber der PS-InSAR-Methode bzw. der traditionellen DS-InSAR-Methode darstellt; die Deformationsrate im Untersuchungsgebiet lag hauptsächlich zwischen -120 und 20 mm/Jahr, wobei insbesondere im Karstgebiet an der südwestlichen Küste des Toten Meeres die Senkungen am ausgeprägtesten waren, mit einer maximalen kumulierten Absenkung von über 800 mm. Die InSAR-Zeitreihenverformungen an typischen Punkten zeigten eine hohe lineare Kopplung mit den gleichzeitigen Wasserstandsschwankungen des Toten Meeres (R²>0,98), was aufdeckt, dass der kontinuierliche Rückgang des Grundwasserstandes die Salzschichten-Auslösung antreibt, die zentrale Mechanismus für die Bodenabsenkung am Toten Meer ist: Die Grenzfläche zwischen Salz- und Süßwasser verschiebt sich mit fallendem Wasserspiegel und induziert die Entwicklung und Ausdehnung von Hohlräumen in den Salzschichten, was schließlich zum Einsturz führt. Die Studie zeigt, dass die Kombination von D-HTCI mit sequentieller Phasenoptimierung nicht nur die Machbarkeit der DS-InSAR-Technologie für die Deformationsüberwachung in natürlichen Landschaftsräumen verbessert, sondern auch wichtige Datenunterstützung und theoretische Referenzen für ein tieferes Verständnis der zeitlich-räumlichen Evolutionsgesetze und hydrologisch-geologischen Antriebsmechanismen von Karstabsenkungen im Tote-Meer-Gebiet bietet.