臺灣地處歐亞大陸與菲律賓海板塊的聚合帶上，活躍的板塊運動常伴隨著許多地質災害的發生，例如地震、山崩、土石流與地層下陷等。因此，為了降低災害發生時生命財產的損失，經濟、有效率且持續性的大範圍地表變形監測便是防災工作中最重要的一環。近年來由於航太科技的快速發展，地表變形監測也進入了太空時代，其中又以能全天候、大範圍快速面狀監測的「合成孔徑雷達干涉量測技術」（Synthetic Aperture Radar Interferometry, InSAR）最受注目（圖1）。

圖1 InSAR技術的優勢

合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar, SAR）屬微波成像雷達，透過合成孔徑原理提升影像的平面解析力以獲得高解析度影像。InSAR技術的基本量測原理係藉由衛星運行軌道的重複性及固定性，利用不同時間、相同區域所獲取之兩張SAR影像進行精準的幾何校正與干涉處理，處理後的雷達波相位變化，藉由賦予不同的顏色以方便閱讀，例如把相位從＋π到－π設定為從紅色到紫色，進而形成一幅由雷達波相位變化所組成的彩虹干涉環的圖形，且由圖中干涉環的數目及其分布形狀，能夠呈現雷達波入射方向的地表變形（圖2）。此外，將干涉結果扣除原始地形效應後，即可得到干涉影像時間對內純粹由地表變形所產生之相位變化，再經由相位解纏（phase unwrapping）以獲得沿雷達視距方向（Line of Sight, LOS）之地形變化量。InSAR技術可適用於不同時間（數天至數年）與空間（單點到面狀）尺度的觀測，其量測精度可達公釐等級（Raucoules et al., 2009），目前已廣泛應用於地表變形測量及地形測繪等地球環境監測相關領域之中（Chang et al., 2004; Hung et al., 2010, 2011; Chaussard et al, 2013; Lu et al., 2016）。

圖2 合成孔徑雷達差分干涉技術原理示意圖

為獲得理想之InSAR測量成果，需依據臺灣地區之氣候特徵與地理環境特性來選擇合適的衛星影像來源，且干涉處理時所需之影像必須為同時具備振幅及相位資料之複數雷達影像。以臺灣濁水溪沖積扇地區地層下陷監測為例，利用2004至2017年間德國航空太空中心(German Aerospace Center，DLR)發射之TerraSAR-X衛星、歐洲太空總署(European Space Agency，ESA)發射之EnviSAT與Sentinel-1系列衛星及日本宇宙航空研究開發機構(Japan Aerospace Exploration Agency，JAXA)發射之DAICHI(原ALOS)衛星影像，分析區域內地表變形之情況，並作為未來地質災害防治的重要相關基礎資訊。

由長期的觀測成果顯示（圖3），地層下陷區域主要分布於高鐵沿線以西至濱海地區之芳苑鄉、二林鎮、虎尾鎮、土庫鎮、褒忠鄉和元長鄉為主，其次為溪湖鎮、大城鄉、溪州鄉、崙背鄉、麥寮鄉沿海一帶、台西鄉、東勢鄉、四湖鄉、北港鎮及大埤鄉，並於境內有局部零星下陷區域產生。此外，特別值得注意的是，在高鐵沿線範圍內發現位於彰化縣溪州鄉、雲林縣虎尾鎮、土庫鎮及元長鄉具有顯著的下陷趨勢；溪湖鎮與溪州鄉若持續下陷，其沉陷區域將與二林鎮下陷地區產生連結，擴大整體沉陷面積；在麥寮鄉沿海區域內，則有南北下陷趨勢差異不一致的現象產生。

(a)2004至2008年EnviSAT衛星之平均速率圖
(b)2006至2011年DAICHI衛星之平均速率圖

(c)2014至2015年TerraSAR-X衛星之平均
(d)2016至2017年Sentinel-1系列衛星之平均速率圖
圖3 濁水溪沖積扇地區2004至2017年地表變形平均速率圖

將各衛星處理成果沿著高鐵路線進行剖面分析（圖4），彰化地區為A-A’剖面，通過溪州鄉的下陷中心；雲林地區則為B-B’剖面，沿著高鐵由北而南分別經過虎尾鎮、土庫鎮與元長鄉等主要下陷區域。彰化A-A’剖面成果可以清楚顯示溪州鄉的碗狀下陷區域，且下陷中心位於高鐵與國道跨交處附近（圖4-(a)）。藉由InSAR空間上高資料密度之優勢，可以清楚的看見歷年來溪州區域下陷範圍變化趨勢，亦可以看見小區域之速度變化情形。此區域之下陷速度逐年遞減，由4.5公分緩降至3公分。且由最新之Sentinel-1資料顯示(紅線)，下陷中心有往西南方向移動之趨勢。雲林B-B’剖面成果如圖4-(b)所示，此剖面沿著高鐵自北往南，於西螺鎮區段無顯著下陷，然而，向南進入虎尾鎮則開始出現下陷的情況，越往南邊下陷情況越嚴重。主要變化分界位於雲林高鐵站北邊之虎尾溪附近，虎尾溪以南下陷明顯漸增。下陷速率於高鐵雲林車站以南約3公里處達到最大值。整體而言，虎尾地區下陷速度有逐年遞減，然而下陷最大區域有逐漸往南移至元長地區之趨勢。又高鐵雲林車站恰巧位處於下陷速度變化大之地區(北下陷速度小，南下陷速度大)，因此須評估是否會造成差異沉陷導致建物結構方面相關之問題發生。

(a)彰化地區
(b)雲林地區
圖4 彰雲地區高鐵沿線變形速率與地形分析圖
註：四色粗線分別為移動平均值；藍線為高鐵雲林站位於剖面上的位置。

在高舉經濟發展的大旗之下，各項投資建設逐漸由沿海都會地區轉往內陸山坡地區，然後一次又一次的地質災害事件明白的告訴我們：災前的預防遠勝於災後的檢討。若是不能積極地投入地表變形監測的防災工作之中，將來人民所付出的代價只會越來越巨大而慘痛。InSAR技術除了能提供地表在時間及空間上精確的變形資訊外，透過整合其他觀測技術獲取之資料（如精密水準測量與連續GPS觀測），將能對臺灣地區複雜的變形行為有更全面的了解。如何快速、全面及精準地量測地表變形，便是防災工作所追求的首要目標，而合成孔徑雷達干涉量測技術及新一代衛星Sentinel-1影像（無償提供各界使用）的應用，便是掌握臺灣地區細微地表變形脈動的一項利器。