An InSAR-GNSS displacement timeseries and velocity field for Aotearoa/New Zealand following the 2016 Kaikōura Earthquake

Resumen Técnico: Una serie temporal de desplazamiento e InSAR-GNSS y un campo de velocidad para Aotearoa/Nueva Zelanda

Planteamiento del Problema
Comprender la deformación del terreno en diversas escalas espaciales y temporales es fundamental para evaluar los riesgos sísmicos, detectar la actividad volcánica y evaluar los impactos del movimiento vertical de la tierra (VLM, por sus siglas en inglés) sobre el aumento del nivel del mar. Si bien la Interferometría de Radar de Apertura Sintética (InSAR) ha revolucionado la medición de la deformación, los estudios previos en Nueva Zelanda dependieron en gran medida de conjuntos de datos de campañas y de GNSS continuo o de datos InSAR de menor resolución (p. ej., Envisat). Estos esfuerzos anteriores carecían a menudo de la resolución espacial para capturar variaciones locales en el VLM o de la densidad temporal para resolver transitorios post-sísmicos complejos tras eventos sísmicos importantes. Específicamente, el terremoto de Kaikōura de magnitud Mw 7.8 en 2016 generó una deformación post-sísmica significativa y desencadenó Eventos de Deslizamiento Lento (SSEs), lo que requiere un conjunto de datos de alta resolución y de varios años para caracterizar con precisión el campo de velocidad evolutivo y el VLM costero.

Metodología
Los autores generaron una serie temporal de desplazamiento 3D y un campo de velocidad a escala nacional, con una resolución de 1 km para Nueva Zelanda, cubriendo el periodo desde enero de 2017 hasta enero de 2026. La metodología integró dos fuentes de datos primarias:

1. Datos InSAR: Una serie temporal de Dispersores Persistentes (PS) y Dispersores Distribuidos (DS) con una resolución de 50 m derivada de datos Sentinel-1 SAR (2017–2026) utilizando la cadena de procesamiento RapidSAR. Esto implicó la generación de interferogramas de resolución completa, la identificación de reflectores coherentes mediante la estimación de coherencia basada en hermanos y la aplicación de filtrado atmosférico (filtro espacial Gaussiano y Pantalla de Fase Atmosférica).
2. Datos GNSS: Series temporales continuas de 3 componentes de GNSS de la red nacional GeoNet y de operadores comerciales. Los datos fueron procesados en el marco de referencia IGB20 utilizando GAMIT/GLOBK 10.7.

Integración y Pasos de Procesamiento:

• Alineación del Marco de Referencia: Los desplazamientos de GNSS se estimaron cada 12 días (tiempo de revisión de Sentinel-1) y se interpolaron utilizando una malla triangular (método Velmap) con suavizado Laplaciano. Para manejar el gran transitorio post-sísmico cerca del epicentro de Kaikōura, se utilizaron sitios de GNSS específicos (KAIK y CLRR) para ajustar el campo de desplazamiento dentro de bloques delimitados por fallas, mientras que los datos de campañas informaron las correcciones para el bloque del muro de pie (footwall).
• Vinculación de InSAR a GNSS: Los datos InSAR se vincularon al marco de referencia GNSS mediante la estimación y eliminación de la superficie polinómica de mejor ajuste y la relación de fase-altura lineal entre los residuos de InSAR e interpolación de GNSS. Se dio mayor peso a los puntos en roca desnuda y áreas urbanas que en cultivos o bosques para mitigar el sesgo de fase.
• Remuestreo y Estimación 3D: La serie temporal de InSAR corregida se remuestreó en una cuadrícula de 1 km, ponderada por la proximidad a las estaciones GNSS y la similitud con los valores de GNSS (utilizando un esquema de ponderación de Cauchy). Se utilizó un enfoque de mínimos cuadrados ponderados para resolver el campo de desplazamiento 3D completo (Este, Norte, Vertical) en cada época, combinando datos de InSAR ascendente/descendente y GNSS interpolado.
• Estimación de Velocidad e Incertidumbre: Para aislar la deformación post-sísmica temprana y los transitorios, un enfoque de Tiempo Lineal Exacto Podado (Pruned Exact Linear Time) identificó puntos de cambio en la serie temporal (notablemente en abril de 2018, 2019 y principios de 2022/2023). Se invirtieron las tasas lineales para intervalos específicos (2017–2018, 2018–2019, 2019–2026). Se aplicó el análisis de Fourier para dar cuenta de las señales periódicas (ciclos de 1 y 4 años), y se resolvieron los desplazamientos estáticos para los grandes SSEs. La variabilidad temporal se evaluó utilizando ventanas móviles (3, 4 y 5 años).
• VLM Costero de Alta Resolución: Se generó una estimación de VLM de alta resolución (50 m para <1 km de la costa, 100 m para 1–5 km) utilizando los mismos procedimientos de ponderación y remuestreo. La incertidabilidad temporal se mejoró perturbando las estimaciones de velocidad mediante una ventana móvil de 8 años desplazada en incrementos de 30 días sobre el periodo interseismico 2004–2016.

Resultos Clave

• Precisión: La serie temporal combinada InSAR-GNSS muestra una fuerte concordancia con sitios GNSS independientes, con errores RMS promedio de 0.16 mm (Este), 0.08 mm (Norte) y 0.21 mm (Vertical). Para los sitios no utilizados en la restricción, los errores se mantuvieron bajos (0.24–0.35 mm).
• Deformación Post-Sísmica: El campo de deformación está dominado por los transitorios post-sísmicos del terremoto de Kaikōura. El movimiento post-sísmico temprano muestra un movimiento significativo hacia el este-noreste, opuesto al movimiento de placa a largo plazo, particularmente en la región de Cape Campbell.
• Cambios en el Campo de Velocidad:
  • Wellington: Las velocidades verticales pasaron de ~-3 mm/año (subsidencia) pre-terremoto a casi cero post-terremoto.
  • Norte de la Isla Sur: Las tasas de levantamiento aumentaron de la subsidencia previa al evento (-1 a -3 mm/año) a 15–20 mm/año.
  • Zona Volcánica de Taupo: Continuó la subsidencia generalizada que supera los 10 mm/año, con tasas más altas cerca de los campos geotérmicos.
  • Eventos de Deslizamiento Lento (SSEs): Se observaron cambios significativos en las tasas de desplazamiento en la región de Manawatu (principios de 2022) y en la Costa Este (Gisborne/East Cape) debido a los SSEs.
• VLM Costero: El análisis costero de alta resolución revela variaciones localizadas que a menudo pasan desapercibidas con el agrupamiento previo de 2 km. Se observan diferencias notables respecto a las estimaciones interseismicas previas, como tasas cercanas a cero en la Bahía de la Play (anteriormente 10 mm/año de levantamiento) y un aumento en la subsidencia en Taranaki (3 mm/año frente a 0.5 mm/año anteriormente).
• Validación: Pruebas estadísticas (Kolmogorov-Smirnov y Wilcoxon signed-rank) confirmaron que no existe un sesgo sistemático significativo entre las nuevas velocidades derivadas de InSAR y los conjuntos de datos GNSS independientes dentro de la franja costera.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo afirma proporcionar la primera serie temporal de deformación 3D y campo de velocidad de alta resolución (1 km) para Nueva Zelanda, actualizada hasta enero de 2026. Al combinar Sentinel-1 y GNSS, el estudio ofrece una estimación actualizada del VLM costero a una resolución de 50–100 m, incluyendo una mejor cuantificación de la incertidumbre y la variabilidad temporal.

Los autores sostienen que este conjunto de datos aborda las limitaciones de los modelos previos de resolución de 2 km, que oscurecían las variaciones locales del VLM críticas para las proyecciones precisas del aumento del nivel del mar. El estudio destaca que, si bien las nuevas estimaciones generalmente concuerdan con las tasas interseismicas previas fuera de la zona de ruptura de Kaikōura, existen desviaciones locales significativas debido a los transitorios post-sísmicos y los SSEs. Los autores concluyen que la mejora en la resolución espacial y temporal proporcionada por las misiones SAR actuales y futuras hace necesaria una reevaluación del VLM costero para proporcionar estimaciones robustas y actualizadas para la modelización del aumento del nivel del mar y la evaluación de riesgos.