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Aquaculture-associated land subsidence in coastal Pingtung, Taiwan, from InSAR, GNSS and leveling observations

Este estudo utiliza dados geodésicos de múltiplas fontes (InSAR, GNSS e nivelamento) para caracterizar o afundamento do solo ativo induzido pela aquicultura no litoral de Pingtung, Taiwan, revelando uma significativa recuperabilidade sazonal e um rebaixamento cumulativo de longo prazo que impõe riscos contínuos de inundação para a região.

Autores originais: Ji-Wei Fang, Cheinway Hwang, Kuan-Hsiang Fang

Publicado 2026-08-07

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CC BY 4.0

Autores originais: Ji-Wei Fang, Cheinway Hwang, Kuan-Hsiang Fang

Artigo original sob licença CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta é uma explicação gerada por IA do artigo abaixo. Não foi escrita nem endossada pelos autores. Para precisão técnica, consulte o artigo original. Ler aviso legal completo

Imagine que o chão sob seus pés não é apenas um palco sólido e imutável, mas uma esponja gigante e fofa. Em muitos lugares ao redor do mundo, especialmente perto da costa, essa esponja é feita de camadas de areia, silte e argila. Normalmente, a água preenche os minúsculos buracos nesta esponja, ajudando a sustentá-la. Mas quando bombeamos água demais para fora, a esponja perde seu suporte interno. O peso dos edifícios, das árvores e do ar acima dela começa a esmagar a esponja, fazendo o solo afundar. Isso é chamado de "subsidência do solo". É um problema sorrateiro porque acontece lentamente, mas pode arruinar estradas, inundar cidades baixas e fazer com que a água do mar avance para o interior. Para detectar esse afundamento em ação, os cientistas usam três ferramentas principais: eles medem o solo com réguas superprecisas (nivelamento), rastreiam satélites que orbitam a Terra para ver o quanto o solo se move (GNSS) e usam feixes de radar do espaço para tirar milhares de "fotos" da superfície ao longo do tempo, medindo pequenas mudanças de distância (InSAR). É como tentar descobrir se um colchão está afundando observando-o de um drone, verificando-o com um laser e tendo um amigo em cima dele para ver o quanto ele cede.

Este artigo é uma história de detetive sobre uma esponja específica que está afundando no sul de Taiwan, bem ao longo da costa de Pingtung. A área é famosa por suas fazendas de peixes (aquicultura), que precisam de muita água. Os pesquisadores queriam saber: O solo está afundando por causa das fazendas de peixes? Qual a velocidade com que isso está acontecendo? E o solo algum dia volta ao normal quando chove?

Para resolver isso, a equipe utilizou uma frota de 108 imagens de radar de um satélite chamado Sentinel-1A, tiradas entre abril de 2021 e dezembro de 2024. Eles trataram o solo como um quebra-cabeça gigante, usando uma técnica chamada PS-InSAR para encontrar pontos estáveis (como telhados ou concreto) que atuam como âncoras para medir o movimento. Mas houve uma reviravolta: o solo nesta parte de Taiwan não apenas se move para cima e para baixo; ele também desliza lateralmente devido ao deslocamento das placas tectônicas. Se você olhar apenas para a "linha de visão" do radar (o ângulo que o satélite vê), é como olhar para uma sombra na parede — você não consegue dizer se o objeto está se afastando de você ou apenas deslizando para o lado. Os pesquisadores tiveram que usar dados de quatro estações de GPS terrestres para descobrir exatamente o quanto o solo estava deslizando lateralmente, subtrair isso dos dados do radar e, então, isolar o verdadeiro afundamento vertical.

Aqui está o que eles descobriram:

Os Pontos Críticos de Afundamento
O solo não está afundando uniformemente. É como um colchão com um amassado profundo no meio. As áreas de Linbian e Jiadong, que são repletas de fazendas de peixes, são os pontos mais problemáticos. Nessas áreas, o solo está afundando rápido. Em contraste, a cidade de Fangliao e algumas áreas do interior estão relativamente estáveis, quase sem movimento. O mapa do solo afundando coincide perfeitamente com o mapa das fazendas de peixes, sugerindo que a extração pesada de água subterrânea para as fazendas é o principal culpado.

A Velocidade do Afundamento
O afundamento não é uma marcha constante e monótona; ele acelera e desacelera dependendo do clima.

2021–2022: O solo estava afundando em um ritmo moderado, cerca de 19 a 24 milímetros por ano nos pontos críticos.
2022–2023: Este foi o pior ano. Durante um longo período de seca com pouquíssima chuva, os níveis de água subterrânea caíram e o solo afundou como uma pedra. Nos piores pontos (perto da estação DLIO), o solo despencou a uma taxa de cerca de 79 a 100 milímetros por ano. Isso é quase 4 polegadas em um único ano!
2023–2024: Após uma estação chuvosa com chuvas intensas, os níveis de água subterrânea subiram e o afundamento diminuiu drasticamente para cerca de 11 a 27 milímetros por ano.

O Solo Recupera-se?
Esta é a parte mais interessante. O solo age como uma mola que foi esticada demais. Quando a chuva veio no final de 2023, o solo perto dos pontos críticos de afundamento deu uma pequena recuperação. Isso é chamado de "rebote" (rebound), e significa que parte do afundamento foi apenas a esponja sendo espremida temporariamente. No entanto, o solo não retornou à sua altura original. Ele permaneceu mais baixo do que antes. Isso nos diz que, embora parte do afundamento seja temporário e corrigível pela chuva, muito dele é permanente. A esponja foi esmagada com tanta força que não consegue voltar totalmente ao normal.

Verificando o Trabalho
Os pesquisadores não confiaram apenas em seu radar. Eles compararam seus achados de satélite com medições do mundo real de 89 marcos de nivelamento precisos (como marcadores de pesquisa no solo) e das estações de GPS.

A Correspondência: Antes de corrigirem o problema do "deslize lateral", seus dados de radar estavam um pouco desalinhados em relação às medições de solo. Mas, assim que corrigiram para o movimento horizontal, os dados do radar combinaram muito melhor com as medições de solo. A correlação (o quão bem eles se alinham) saltou de um 0,624 fraco para um forte 0,793 quando comparados aos dados de nivelamento.
O Erro: Mesmo após corrigir tudo, ainda havia uma pequena diferença. O radar e as medições de solo não concordavam perfeitamente, com um erro médio (RMSE) de cerca de 9,2 a 11,5 milímetros por ano. Isso não é porque o radar esteja errado, mas porque o radar observa uma área ampla enquanto os marcadores de solo veem apenas um ponto minúsculo, e o radar tem que estimar o movimento vertical exato a partir de um ângulo inclinado.

A Conclusão
O estudo confirma que as fazendas de peixes no litoral de Pingtung estão fazendo o solo afundar, e é uma mistura de duas coisas: um "esmagamento" temporário que ocorre quando o nível do lençol freático cai e um "esmagamento" permanente que permanece mesmo quando chove. O solo afundou mais rápido durante os anos secos de 2022 e 2023, mas desacelerou quando as chuvas retornaram. Embora o solo apresente um pequeno rebote, ele não se recupera totalmente, o que significa que a terra está ficando mais baixa com o tempo. Isso é uma má notícia para uma área costeira de baixa altitude porque, conforme a terra afunda, torna-se mais difícil drenar a água da chuva e mais fácil para o mar inundar as ruas. Os pesquisadores sugerem que, para realmente resolver isso, precisamos monitorar o solo com ambos os olhos (satélites e estações terrestres) e gerenciar o uso da água cuidadosamente, pois uma vez que essa esponja é esmagada, é muito difícil desesmagá-la.

Resumo Técnico: Subsidência de terra associada à aquicultura no litoral de Pingtung, Taiwan, a partir de observações de InSAR, GNSS e nivelamento

Definição do Problema
A planície costeira de Pingtung, no sudoeste de Taiwan, particularmente nos municípios de Linbian, Jiadong e Fangliao, enfrenta uma subsidência de terra severa impulsionada pela aquicultura intensiva e pela extração pesada de água subterrânea associada. Esta região é caracterizada por sedimentos aluviais compressíveis; a extração excessiva de água subterrânea reduz a pressão da água intersticial, transferindo a carga de sobrecarga para o esqueleto do sedimento e causando compactação irreversível. Embora estudos anteriores tenham documentado a subsidência usando nivelamento preciso, GNSS e InSAR, a interpretação dos dados de InSAR nesta região é complicada por dois fatores principais: (1) a coexistência de um movimento tectônico regional horizontal significativo e subsidência vertical, que enviesa as medições de Linha de Visada (LOS) se não forem corrigidos; e (2) fortes variações sazonais no vapor de água troposférico que podem mimetizar a deformação superficial. Além disso, o contexto hidroclimático — alternando entre secas, chuva de Meiyu e tufões — sugere que a subsidência compreende tanto o rebote elástico sazonal quanto o rebaixamento cumulativo de longo prazo, o qual uma única tendência linear pode ocultar.

Metodologia
Este estudo analisou a deformação do solo de abril de 2021 a dezembro de 2024 utilizando uma estrutura de múltiplas fontes:

Processamento InSAR: 108 imagens da Sentinel-1A de órbita ascendente foram processadas usando InSAR de Espalhador Persistente (PS-InSAR) via algoritmo StaMPS. O fluxo de trabalho incluiu pré-processamento ISCE2, correção de Diversidade Espectral Aprimorada (ESD) para o modo TOPS, e a incorporação de produtos GACOS (Generic Atmospheric Correction Online Service) para mitigar atrasos troposféricos.
Correção do Movimento Horizontal: Para isolar a deformação vertical, um campo de velocidade horizontal derivado de GNSS foi construído usando quatro estações de operação contínua (LBJS, DLIO, CLON, FALI) via Regressão de Processo Gaussiano (GPR). Este campo foi utilizado para remover as projeções de movimento horizontal das medições de LOS do InSAR antes de converter o sinal restante em deslocamento vertical.
Restauração de Referência: A referência vertical foi restaurada usando a velocidade vertical GNSS na estação FALI.
Validação e Ajuste: Os resultados do InSAR foram avaliados contra séries temporais de GNSS e 89 marcos de nivelamento de precisão. Um modelo planar de primeira ordem foi ajustado aos diferenciais entre as velocidades do InSAR não ajustado e do nivelamento para quantificar e reduzir discrepâncias sistemáticas espaciais.
Análise Hidroclimática: As séries temporais de deformação do solo foram segmentadas por estados anuais de deslocamento mínimo para analisar a variabilidade interanual em relação à precipitação e às flutuações do nível da água subterrânea em poços de monitoramento específicos (Wengfeng e Dexing).

Principais Contribuições

Desacoplamento do Movimento Horizontal e Vertical: O estudo demonstra que, em regiões com movimento tectônico horizontal pronunciado, a conversão direta de LOS para deslocamento vertical sem corrigir os componentes horizontais introduz um viés significativo. A correção proposta baseada em GNSS melhorou significantemente a correlação temporal entre as séries temporais verticais de InSAR e GNSS.
Quantificação de Discrepâncias Sistemáticas: A pesquisa identificou uma tendência sistemática pronunciada de noroeste para sudeste nas diferenças entre as velocidades do Inulo InSAR não ajustado e do nivelamento. Um ajuste planar de primeira ordem conseguiu reduzir esse gradiente espacial, melhorando o coeficiente de correlação de 0,624 para 0,793 e reduzindo o RMSE de 11,5 para 9,2 mm/ano.
Resolução Temporal dos Mecanismos de Subsidência: Ao analisar séries temporais segmentadas em vez de uma única tendência linear, o estudo distinguiu entre a deformação elástica recuperável sazonal e a subsidência cumulativa de longo prazo, vinculando esses padrões a períodos hidrológicos específicos (estação seca vs. estação chuvosa).

Resultos

Distribuição Espacial: As velocidades médias de LOS de abril de 2021 a dezembro de 2024 variaram de −35,0 a 4,4 mm/ano. Após a correção do movimento horizontal e a restauração da referência vertical, o campo de velocidade vertical média resultante identificou Linbian, Jiadong e áreas de aquicultura costeiras adjacentes como os principais pontos críticos (hotspots) de subsidência, enquanto Fangliao e algumas áreas do interior permaneceram relativamente estáveis.
Métricas de Validação:
- Comparação GNSS: Após a correção horizontal, os coeficientes de correlação ( $R$ ) entre as séries temporais verticais de InSAR e GNSS aumentaram para 0,950 (LBJS), 0,938 (DLIO) e 0,760 (CLON). No entanto, os valores de RMSE permaneceram altos (16,7–24,8 mm) devido à amplificação de ruído durante a conversão de LOS para vertical e incertezas de interpolação.
- Comparação de Nivelamento: As velocidades do InSAR não ajustadas mostraram concordância moderada com o nivelamento ( $R=0,624$ ). O ajuste planar melhorou a consistência espacial, embora os autores observem que isso representa uma avaliação de sensibilidade e não uma validação externa independente.
Variabilidade Interanual:
- 2022–2023: A subsidência mais severa ocorreu durante este período, coincidindo com a seca prolongada e o declínio dos níveis de água subterrânea. As velocidades segmentadas atingiram -100,0 mm/ano em LBJS e -79,1 mm/ano em DLIO.
- 2023–2024: As taxas de subsidência diminuíram marcadamente (ex: -11,0 mm/ano em DLIO) após a estação chuvosa de 2023 e a recuperação do lençol freático.
- Rebote: Próximo à estação DLIO, a recuperação da água subterrânea no final de 2023 foi acompanhada por um rebote superficial parcial, embora a superfície não tenha retornado ao seu nível inicial, indicando uma mistura de deformação elástica e inelástica.

Significância e Alegações
O artigo afirma que a integração de PS-InSAR com GNSS e nivelamento fornece uma estrutura robusta para monitorar a subsidência associada à aquicultura em ambientes costeiros complexos. O estudo enfatiza que:

O Movimento Horizontal é Crítico: Ignorar o movimento tectônico horizontal em estudos de InSAR de geometria única no sudoeste de Taiwan leva a estimativas verticais enviesadas.
Direcionadores Hidroclimáticos: A subsidência observada não é uniforme; ela flutua significativamente com as condições hidrológicas, compreendendo tanto respostas elásticas sazonais quanto compactação permanente.
Vínculo com a Aquicultura: A coincidência espacial dos pontos críticos de subsidência com os tanques de aquicultura reforça o papel da aquicultura dependente de água subterrânea como um motor primário, embora o estudo não quantifique diretamente os volumes de extração.
Limitações: Os autores declaram modestamente que a correspondência temporal observada não prova uma relação causal única ou separa definitivamente a compactação elástica da inelástica. Eles reconhecem limitações, incluindo a geometria única de órbita ascendente, cobertura GNSS esparsa para interpolação, baixa coerência sobre os tanques de aquicultura e erros atmosféricos residuais.

O estudo conclui que a dependência contínua da água subterrânea nesta região de baixa altitude, combinada com sedimentos compressíveis, apresenta riscos contínuos para a drenagem e exposição a inundações, necessitando de estratégias de monitoramento de longo prazo que combinem múltiplos conjuntos de dados geodésicos e hidrológicos.

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