Αλλαγές στον παγετώνα στη λεκάνη Susitna, Αλάσκα, ΗΠΑ (1951-2015) με τη χρήση μεθόδων GIS και τηλεπισκόπησης
Από RemoteSensing Wiki
Αλλαγές στον παγετώνα στη λεκάνη Susitna, Αλάσκα, ΗΠΑ (1951-2015) με τη χρήση μεθόδων GIS και τηλεπισκόπησης
Πρωτότυπος τίτλος: Glacier Changes in the Susitna Basin, Alaska, USA, (1951–2015) using GIS and Remote Sensing Methods
Συγγραφείς: Roland Wastlhuber, Regine Hock, Christian Kienholz and Matthias Braun
Λέξεις κλειδιά: Παγετώνας, Τηλεπισκόπηση, Αλάσκα
Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου: [1]
ΠΕΡΙΛΗΨΗ
Ο ποταμός Susitna που αποστραγγίζει από την εξαιρετικά παγετώδη περιοχή της Κεντρικής Αλάσκας έχει επανειλημμένα θεωρηθεί μια πιθανή πηγή υδροηλεκτρικής ενέργειας τις τελευταίες δεκαετίες, δημιουργώντας ερωτήσεις σχετικά με την επίδραση των αλλαγών του παγετώνα στην απορροή της λεκάνης του ποταμού. Προσδιορίζουμε τις αλλαγές στο περιοχή των παγετώνων (1951-2010), στο υψόμετρο (1951-2010, 1951-2005 και 2005-2010), το υψόμετρο της γραμμής ισορροπίας (ELA, 1999-2015) και το λόγο της περιοχής συσσώρευσης (AAR, 1999-2015) της λεκάνης με τους πέντε μεγαλύτερους παγετώνες που καλύπτουν 587 km2 (2010). Χρησιμοποιούμε τις χρονοσειρές Landsat, καθώς και ψηφιακά μοντέλα ανύψωσης (DEMs) από το 1951 (αεροφωτογραφίες των ΗΠΑ - USGS), το 2005 (ASTER) και το 2010 (IfSAR). Οι παγετώνες έχασαν μια έκταση 128 ± 15 km2 (16%) μεταξύ του 1951 και του 2010. Ο μέσος όρος ELA εντοπίστηκε στα 1745 ± 88 m a.s.l. κατά την περίοδο 1999-2015. Οι ετήσιοι ELA του παγετώνα δεν παρουσιάζουν σημαντικές μετατοπίσεις. Βρήκαμε μια αλλαγή ύψους πάγου σε παγετώνα -0,41 ± 0,07 m yr-1 για την περίοδο 1951-2005 και -1,20 ± 0,25 m yr-1 για την περίοδο 2005-2010. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι παγετώνες βρίσκονται σε κατάσταση υποχώρησης και αραίωσης και ότι έχαναν όγκο με ταχείς ρυθμούς τα τελευταία χρόνια. Η ερμηνεία των μεταβολών του πάχους περιπλέκεται από τους κύκλους κύμματος των παγετώνων.
ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Οι παγετώνες της Αλάσκας έχουν συμβάλει σημαντικά στην άνοδο της στάθμης της θάλασσας τις τελευταίες δεκαετίες, με εκτιμώμενες απώλειες μάζας 52 ± 15 Gt yr-1 για την περίοδο από τα μέσα της δεκαετίας του 1950 έως τα μέσα της δεκαετίας του 1990, 41,9 ± 8,6 Gt yr-1 για την περίοδο 1962-2006 και 75 ± 11 Gt yr-1 για την περίοδο 1994 έως 2013. Για την πιο πρόσφατη περίοδο 2003-2009, οι Gardner, et al. υπολογίζουν μια απώλεια μάζας 52 ± 17 Gt yr-1, που αντιστοιχεί σε μέση αραίωση 0.57 ± 0.20 m w.e. yr-1.
Η μελέτη αυτή επικεντρώνεται στους παγετώνες στη λεκάνη του ποταμού Susitna στην περιοχή της Κεντρικής Αλάσκας (Εικόνα 1), και αποσκοπεί στην συγκέντρωση δεδομένων από διάφορα δορυφορικά και αερομεταφερόμενα προϊόντα προκειμένου να εξεταστούν οι μεταβολές των παγετώνων κατά την περίοδο 1951-2015. Η περιοχή μελέτης επιλέχθηκε αρχικά επειδή ο ποταμός Susitna υπήρξε αντικείμενο μελέτης για σχέδια έργων εξαγωγής υδροηλεκτρικής ενέργειας για πολλές δεκαετίες (ωστόσο, αυτά τα έργα δεν επιδιώκονται πλέον.
Καθορίζουμε τις μεταβολές της περιοχής των παγετώνων μεταξύ του 1951 και του 2010, τις αλλαγές στο ύψος των παγετώνων, και τις απώλειες στη μάζα για τις περιόδους 1951-2005, 2005-2010 και 1951-2010. Επιπλέον, εξάγουμε τα ετήσια υψόμετρα γραμμής χιονιού αργά το καλοκαίρι ως προσέγγιση των υψομετρικών γραμμών ισορροπίας (ELAs) και για τον προσδιορισμό των λόγων της περιοχής συσσώρευσης (AAR) για την περίοδο 1999-2015. Αυτές οι μεταβλητές παρέχουν πολύτιμες πληροφορίες για την αξιολόγηση της απόκρισης των παγετώνων στην αλλαγή του κλίματος.
Δεδομένα και μέθοδοι
Αλλαγές στην Περιοχή
Για να αναλύσουμε τις μεταβολές της περιοχής των παγετώνων μεταξύ του 1951 και του 2010, εξήγαμε τα αρχικά σχήματα του παγετώνα από τοπογραφικούς χάρτες (κλίμακα 1: 63,360) που παράγει η USGS από αεροφωτογραφίες (Πίνακας 1). Οι χάρτες αναφέρονται σε διαφορετικές ημερομηνίες μεταξύ 1948 και 1954 με τις ακριβείς ημερομηνίες άγνωστες, έτσι υποθέτουμε ότι τα δεδομένα αντικατοπτρίζουν τις συνθήκες του 1951.
Οι τοπογραφικοί χάρτες ήταν διαθέσιμοι ως ψηφιακά ράστερ γραφικά. Χρησιμοποιήσαμε ένα Γεωγραφικό Σύστημα Πληροφοριών (GIS) για να εξάγουμε χειροκίνητα τα περιγράμματα των παγετώνων από τα ψηφιακά raster αρχεία για να τα μετατρέψουμε σε διγραμματοποιημένα πολύγωνα.
Ανύψωση και μεταβολές μάζας
Οι μεταβολές του όγκου των παγετώνων υπολογίστηκαν για τις τρεις περιόδους: 1951-2005 (ASTER-NED DEM), 2005-2010 (IfSAR-ASTER DEM) και 1951-2010 (IfSAR-NED DEM). Οι τιμές dh μετασχηματίστηκαν σε μεταβολές έντασης ανά pixel, πολλαπλασιάζοντας το dh με την raster περιοχή. Οι συνολικές μεταβολές έντασης στη συνέχεια μετατράπηκαν σε μεταβολές μάζας. Υποθέσαμε μια χωρική σταθερή πυκνότητα 850 kg m-3. Είναι χαμηλότερη από την πυκνότητα του πάγου ώστε να ληφθεί υπόψη η απομάκρυνση των στρωμάτων χαμηλής πυκνότητας. Δεν εφαρμόστηκε χωρικά κατανεμημένη διόρθωση. Ο συντελεστής του 850 kg m-3 έχει βρεθεί ότι είναι κατάλληλος για ένα ευρύ φάσμα συνθηκών.
Για να αναλυθούν οι εξαρτήσεις ανύψωσης, οι τιμές dh υπολογίστηκαν κατά μέσο όρο σε ζώνες ανύψωσης 50 m χρησιμοποιώντας την κατανομή του υψομέτρου περιοχής του NED DEM και των περιγραμμάτων των παγετώνων του 1951 για τις περιόδους 1951-2005 και το 1951-2010, το IfSAR DEM και τα περιγράμματα των παγετώνων του 2010 για την περίοδο 2005-2010. Για να υπολογίσουμε συγκεκριμένες μεταβολές μάζας, διαιρέσαμε τη μεταβολή της μάζας με τον αριθμητικό μέσο όρο της προηγούμενης και επόμενης χρονιάς της περιοχής των παγετώνων.
Υψομετρικές Γραμμές Ισορροπίας και Συντελεστές Περιοχής Συσσώρευσης
Ψηφιοποιήσαμε με το χέρι το τέλος των καλοκαιρινών υψομέτρων χιονιού για 14 χρόνια μεταξύ 1999 και 2015 βάσει μιας οπτικής επιθεώρησης εικόνων Landsat (Πίνακας 2). Τα σύνορα χιονιού στον παγετώνα μπορούν συνήθως να ανιχνευθούν ως το περιθώριο του καθαρού λευκού χιονιού του προηγούμενου έτους. Χρησιμοποιούμε δεδομένα από τους Landsat 5, 7, και 8 αισθητήρες TM, ETM +, και OLI, αντίστοιχα, που αποδείχθηκαν χρήσιμοι για το σκοπό αυτό σε προηγούμενες μελέτες.
Στη συνέχεια, ο συνδυασμός των φασματικών ταινιών 5, 4, 3 για Landsat 8OLI και 4, 3, 2 για Landsat TM / ETM + χρησιμοποιήθηκαν για να διακρίνουν το χιόνι από τον πάγο. Οι εικόνες ήταν διαθέσιμες κάθε μία έως δύο εβδομάδες, καθώς ο κύκλος επανάληψης στα μεγάλα γεωγραφικά πλάτη που αναλύεται εδώ είναι υψηλότερος από τον κύκλο επανάληψης στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη λόγω της μεγαλύτερης αλληλεπικάλυψης των γειτονικών διαδρομών. Στόχος μας ήταν να παράγουμε εικόνες που να απεικονίζουν το τέλος της καλοκαιρινής περιόδου, όταν το κάλυμμα χιονιού είναι στο ελάχιστο και οι παροδικές γραμμές χιονιού πλησιάζουν το μέγιστο υψόμετρο για το τρέχον έτος.
Οι παρατηρήσεις πεδίου υποδηλώνουν ότι ο επιφανειακός πάγος, ο οποίος προέρχεται από την ψύξη λιωμένου νερού στην επιφάνεια του παγετώνα, είναι αμελητέος. Έτσι, οι παράγωγες γραμμές χιονιού είναι ισοδύναμες με τις γραμμές ισορροπίας. Για κάθε έτος, ο ELA υπολογίστηκε ως ο μέσος όρος των αυξήσεων όλων των εικονοστοιχείων DEM κατά μήκος της γραμμής χιονιού για κάθε έναν από τους πέντε μεγάλους παγετώνες. Εξήγαμε τα υψόμετρα από το IFSAR DEM, δεδομένου ότι αυτό το DEM είναι το πιο ακριβές και αντικατοπτρίζει την ανύψωση των παγετώνων κοντά στις εξαγορές εικόνων Landsat. Οι τάσεις για το ELA υπολογίστηκαν πραγματοποιώντας μια ανάλυση γραμμικής παλινδρόμησης για την ετήσια χρονοσειρά. Η περιοχή πάνω από τον ELA προσδιορίστηκε για να υπολογίσει τον συντελεστή περιοχής συσσώρευσης (AAR), δηλ. η αναλογία της περιοχής συσσώρευσης με την συνολική περιοχή παγετώνων.
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ & ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ
• Η απώλεια της περιοχής των παγετώνων μεταξύ 1951 και 2010 συσσωρεύεται στα 128 ± 15 km2, που είναι περίπου 16% της αρχικής περιοχής. Οι συνδυασμένοι μικρότεροι παγετώνες αντιπροσωπεύουν την μεγαλύτερη απώλεια, τόσο στην απόλυτη περιοχή όσο και ως ποσοστό (42%).
• Οι θέσεις των άκρων των μεγάλων παγετώνων στην λεκάνη υποχώρησαν σε υψηλότερα υψόμετρα. Οι παγετώνες παρουσίασαν επίσης μείωση πλάτους, γεγονός που υποδηλώνει τη μείωση της επιφάνειας.
• Οι παραγόμενες μεταβολές της ανύψωσης και της μάζας σε παγετώνες συνοψίζονται στον Πίνακα 3. Οι ρυθμοί αραίωσης όλων των παγετώνων σχεδόν τριπλασιάστηκαν από -0,41 ± 0,07 κατά την περίοδο 1951 έως 2005, σε -1,20 ± 0,25 κατά την περίοδο 2005-2010.
• Η επιταχυνόμενη απώλεια μάζας δείχνει ότι οι παγετώνες δεν έχουν προσαρμοστεί ακόμη στο τρέχον κλίμα, παρόλο που η μέση τιμή AAR του 56 ± 11% βρίσκεται εντός του πεδίου τιμών AAR που υποθέτετε συνήθως για συνθήκες σταθερής κατάστασης. Η πρόσφατη επιτάχυνση της απώλειας μάζας είναι πιθανών μια απάντηση στην έντονη τάση θέρμανσης του πλανήτη που έχει συμβεί από τα μέσα του 20ου αιώνα.
• Η μέση τιμή του ELA κατά την περίοδο 1999 έως 2015 είναι 1745 ± 88 m a.s., χωρίς σημαντική τάση των ετήσιων ELA με την πάροδο του χρόνου.
