通过卫星遥感技术探究印度尼西亚雅加达大都会区的地面沉降恢复情况

《Remote Sensing Applications: Society and Environment》:Uncovering land subsidence recovery in the Jakarta Metropolitan Region, Indonesia, from satellite remote sensing

【字体: 时间:2026年07月19日 来源:Remote Sensing Applications: Society and Environment 3.8

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  摘要在许多地面沉降地区,地下水管理措施日益严格,但这些措施对土地变形的影响仍不明确。在雅加达大都会区,经过地下水管理干预后,变形模式从持续沉降转变为减速与局部抬升并存的状态。本研究整合了大地测量、地下水位以及伸长计观测数据,以分析这种差异化的变形响应。我们发现了两个变形阶段:20

  

摘要

在许多地面沉降地区,地下水管理措施日益严格,但这些措施对土地变形的影响仍不明确。在雅加达大都会区,经过地下水管理干预后,变形模式从持续沉降转变为减速与局部抬升并存的状态。本研究整合了大地测量、地下水位以及伸长计观测数据,以分析这种差异化的变形响应。我们发现了两个变形阶段:2007年至2010年间,沿海和内陆地区都出现了近乎线性的沉降;此后,沿海地区仍以近似线性速度持续沉降,而内陆地区则出现沉降速度减缓、加速以及局部抬升现象。沉降速度从大约-180毫米/年降至-70毫米/年。对地下水及伸长计数据的分析表明,沿海地区的持续沉降主要是由浅层沉积物的缓慢固结所致,反映出持续的弹性变形过程;而内陆地区的变形则与第二和第三含水层的地下水恢复有关,表现为以弹性响应为主的局部反弹现象。这些发现揭示了地下水管理在不同区域产生的截然不同的效应,也凸显出需要制定能够应对可逆与不可逆变形过程的适应性策略。

引言

雅加达大都会区是全球地面沉降最快的城市区域之一,快速的城市化进程以及高强度的地下水开采加剧了土地沉降的危害。该地区下伏着更新世至第四纪的海洋及三角洲沉积物,这些沉积物由砂层、粉砂层和黏土层互层构成(图1b),极易发生含水层系统压缩现象(Delinom, 2011)。以往的研究将雅加达地区的沉降归因于地下水抽取、城市建设压力、自然沉积物固结以及地质构造活动(Abidin et al., 2001; Andreas et al., 2018; Djaja et al., 2004)。为减轻地下水引发的沉降问题,雅加达近期出台了禁采地下水区域的规定(Widodo et al., 2025)。
尽管采取了这些措施,但最新的大地测量观测结果显示,雅加达大都会区的变形模式愈发复杂多样。2007年至2010年间,沉降主要呈线性特征(Ng et al., 2012),而近年来的研究则发现该地区不同区域存在持续沉降、沉降速度减缓以及局部抬升等现象(Hakim et al., 2025; Ohenhen et al., 2026)。此外,雅加达地区的地下水供需状况也存在明显差异(Taftazani et al., 2022),这表明变形反应可能因地点不同而有很大差异。来自雅加达北部的卡马尔穆阿拉的伸长计观测数据显示,在较短的观测周期内(2018年5月至8月),土壤固结显著导致了浅层含水层系统的沉降(Taqwa et al., 2019)。然而,由于这些观测在空间和时间上的覆盖范围有限,目前还无法对由固结作用引发的沉降进行长期、大范围的评估。因此,目前在雅加达大都会区,地下水流动、含水层压缩以及土壤固结对长期变形的相对贡献仍不明确。
本研究通过整合多任务InSAR数据、地下水位监测数据以及伸长计观测数据,分析了2007年至2025年间雅加达大都会区的地面变形演变情况。我们明确了长期的变形趋势,确定了控制变形的主要地下机制,并区分了可逆与不可逆的地面反应。研究结果为雅加达大都会区的沉降状况提供了新的评估依据,也为在快速沉降的沿海城市中制定可持续的地下水管理策略提供了参考。

章节节选

InSAR数据

本研究使用了由不同传感器获取、覆盖不同轨道路径以及不同观测时段的多任务InSAR数据集(表1;图S1)。其中,由先进工业科学技术研究院提供的ALOS-1 PALSAR-1上升轨数据(2007-2010年)经Sugimoto等人(2021年)处理,随后与Morishita等人(2020年)利用LiCSAR系统生成的Sentinel-1上升轨(2014-2025年)和下降轨(2014-2023年)干涉图进行了结合。研究选取了合适的干涉对

基于SBAS-InSAR得到的长期沉降格局

通过ALOS和Sentinel-1数据集得到的视向速度反映了沉降(朝向卫星运动)和抬升(远离卫星运动)两种现象。以初始参考点为基准的视向速度图以及以BAKO站点为基准的视向速度图分别显示在图S3和图4中。2007年至2010年间,ALOS-1 PALSAR-1的视向速度范围在-180毫米/年到80毫米/年之间,标准差则在0毫米/年到10毫米/年之间(图4a和b)。沉降现象主要集中在两个区域:

空间变化恢复行为中的加速-减速趋势状况

我们的研究结果表明,沿海地区由于浅层沉积物的缓慢固结而出现线性沉降,而内陆地区则因封闭含水层中的地下水恢复而出现沉降速度减缓现象。这说明在雅加达大都会区的MBP、KST、TRC地区,沿海地区的沉降主要由浅层沉积物的固结作用控制,而内陆地区的BAB、KRB地区则部分受到弹性变形过程的影响(Shirzaei et al., 2021)。不过,这一结论与一些以往的研究结果存在差异,例如在KST地区的研究结果就有所不同(Hakim et al.,

主要研究发现

本研究明确了雅加达大都会区的长期变形趋势,确定了控制地面变形的主要地下机制,并区分了可逆与不可逆的变形反应,从而为该地区沉降状况提供了新的评估结果,同时也为快速沉降的沿海城市的地下水管理策略制定了参考依据。研究结果显示,不同区域之间存在显著差异:沿海地区以由浅层沉积物引起的、基本不可逆的线性沉降为主

开放研究资源

本研究所使用的Sentinel-1数据可从LiCSAR产品的官方网站上免费下载(https://comet.nerc.ac.uk/comet-lics-portal/)。ALOS-1 PALSAR-1数据则可在先进工业科学技术研究院免费获取,相关数据链接为(https://github.com/yumorishita/LiCSBASpatch_AIST_ALOS)。LiCSBAS数据处理工具的获取地址为https://github.com/yumorishita/LiCSBAS2

出版伦理声明

所有作者均同意以下几点:
本研究准确描述了所开展的工作,所有呈现的数据均真实可靠,且研究方法详细到足以让他人重复实验。
本手稿包含完全原创的内容;若使用了其他人的研究成果或文字,均已适当引用或标注出处,并在必要情况下获得了授权。
本材料未曾以全部或部分形式在其它地方发表过。
本手稿目前并未

CRediT作者贡献说明

Sung-Ping Chang: 撰写——审阅与编辑,指导工作。 Chih-Heng Lu: 撰写——审阅与编辑,概念设计。 Reyhan Azeriansyah: 数据整理,概念设计。 Ruey-Juin Rau: 撰写——审阅与编辑,指导工作,资金筹集,概念设计。 Muhammad Yunus: 撰写——初稿撰写,软件应用,方法研究,定量分析,数据整理,概念设计

未引用参考文献

Abidin et al., 2011; Babaee et al., 2024; Bagheri-Gavkosh et al., 2021; Hutabarat et al., 2019; Ozer, 1985.

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。

致谢

我们感谢地震、火山与构造观测与建模中心(COMET)以及英国的协作数据分析平台JASMIN(http://jasmin.ac.uk),感谢他们提供经过处理的Copernicus Sentinel数据。同时,我们也要感谢印度尼西亚的地下水管理机构提供的地下水数据、印度尼西亚的地理空间信息机构提供的海啸数据,以及印度尼西亚的气象、气候与地球物理机构提供的降雨数据。我们还要感谢
Muhammad Yunus|Ruey-Juin Rau|Sung-Ping Chang|Reyhan Azeriansyah|Chih-Heng Lu
台湾地区台南市国立成功大学地球科学系
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