Science子刊：中科院遙感所陳富龍研究組發表雷達遙感遺產監測與保護科研成果

2017年3月1日，國際頂尖學術期刊《Science》旗下《Science Advances》雜誌上在線發表了中國科學院遙感與數字地球研究所、聯合國教科文組織自然與文化遺產空間技術中心(HIST)陳富龍研究員題為「Radar interferometry offers new insights into threats tothe Angkor site」(雷達遙感揭示威脅吳哥遺產地可持續發展新視角)的研究性論文。

數年來，工作在柬埔寨吳哥窟廟宇的科學家一直飽受「噩夢」的困擾：遊覽者被困在這個12世紀的高棉建築里傷亡嚴重。這個由砂岩磚塊建造的廟宇隨時有崩塌的可能。

每年，約有300萬人遊覽吳哥遺迹，其中包括吳哥窟和附近的巴方寺(如圖)等。而且，隨著城市地區不斷掠奪這裡的地下水，諸多問題使得科學家擔心這些建築隨時可能出現塌方。直到現在，科學家也無法準確估計吳哥窟面臨的風險。

廟宇附近生長著茂密的植被，這讓研究人員無法測量能預示災難的土壤和水分的細微變化。為了解決這些問題，一個研究組決定使用兩個衛星拍攝的雷達照片。科學家藉助這些照片能透過植被觀察森林下的土地情況。

通過比較照片，研究人員能觀察到吳哥地下及遺迹建築的變化情況，目標能縮小到約1毫米。在分析了數十張照片後，結論讓人欣慰：2011年至2013年間，這些遺迹的變化幅度小於3毫米。這表明人們大量抽取地下水並未對其穩定性產生巨大影響。

不過，由於地下水位在乾濕季節會出現自然波動，因此風險依然存在。此外，因為氣候變化導致旱季延長，吳哥地區地下水位大幅降低，遺迹所受影響可能會比當地居民抽水產生的影響更嚴重。

研究提出了文化遺產病害形變監測與健康診斷的星載雷達干涉雙尺度模型，是全球首例利用對地觀測「天眼」對吳哥窟世界文化遺產整體環境監測與評估的案例。研究通過地表沉降以及重點寺廟群結構的毫米級異常形變反演與時序分析，結合水文、地質與城鎮化專題數據，推翻了古寺廟倒塌原先主流論斷(地下水退化)，發現了地下水季節性變化、材質熱脹冷縮與古建風化的耦合機制及其互為促進作用，構建了遺產地寺廟群病害演化動力模型，為揭開遺產地寺廟群退化之謎提供了全新視野，進而支撐該遺產名錄的可持續化發展與智能保護。

吳哥寺廟群病害演化動力模型

原文摘要：

The conservation of World Heritage is critical to the cultural and social sustainability of regions and nations. Risk monitoring and preventive diagnosis of threats to heritage sites in any given ecosystem are a complex and challenging task. Taking advantage of the performance of Earth Observation technologies, we measured the impacts of hitherto imperceptible and poorly understood factors of groundwater and temperature variations on the monuments in the Angkor World Heritage site (400 km2). We developed a two-scale synthetic aperture radar interferometry (InSAR) approach. We describe spatial-temporal displacements (at millimeter-level accuracy), as measured by high-resolution TerraSAR/TanDEM-X satellite images, to provide a new solution to resolve the current controversy surrounding the potential structural collapse of monuments in Angkor. Multidisciplinary analysis in conjunction with a deterioration kinetics model offers new insights into the causes that trigger the potential decline of Angkor monuments. Our results show that pumping groundwater for residential and touristic establishments did not threaten the sustainability of monuments during 2011 to 2013; however, seasonal variations of the groundwater table and the thermodynamics of stone materials are factors that could trigger and/or aggravate the deterioration of monuments. These factors amplify known impacts of chemical weathering and biological alteration of temple materials. The InSAR solution reported in this study could have implications for monitoring and sustainable conservation of monuments in World Heritage sites elsewher.

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