Χαρτογράφηση των ταχυτήτων ροής παγετώνων με ετεροσυσχέτιση ραντάρ συνθετικού διαφράγματος
Από RemoteSensing Wiki
Χαρτογράφηση των ταχυτήτων ροής παγετώνων με ετεροσυσχέτιση ραντάρ συνθετικού διαφράγματος
Evan Burgess
Ένα νέο σύνολο δεδομένων, το οποίο προέκυψε χρησιμοποιώντας ετεροσυσχέτιση δορυφορικών δεδομένων ραντάρ συνθετικού διαφράγματος και ομαλοποιημένης εικόνας, αποτελεί τον πρώτο περιφερειακό χάρτη των ταχυτήτων ροής παγετώνων-βουνών στην Αλάσκα.
Η βελτίωση των προβλέψεων για τη μελλοντική άνοδο της στάθμης της θάλασσας θα απαιτήσει πολύ καλύτερη κατανόηση του τρόπου που οι κλιματικές αλλαγές θα επηρεάσουν τις ταχύτητες ροής των παγετώνων και τον ρυθμό αποκόλλησης παγόβουνων. Το Πανεπιστήμιο της Γιούτα δημιούργησε τον πρώτο σχεδόν ολοκληρωμένο χάρτη ταχυτήτων ροής των παγετώνων σε όλη την Αλάσκα και τον έχει χρησιμοποιήσει για τη μέτρηση των ρυθμών αποκόλλησης παγόβουνων των παγετώνων που καταλήγουν στους ωκεανούς.
Βρήκαμε τις ταχύτητες της επιφάνειας των παγετώνων χρησιμοποιώντας ετεροσυσχέτιση δορυφορικών δεδομένων ραντάρ συνθετικού διαφράγματος (SAR) και ομαλοποιημένης εικόνας. Αυτή η μέθοδος μετρά την μετατόπιση των μοτίβων εικονοστοιχείων εικόνας μεταξύ δύο δορυφορικών εικόνων, τις οποίες αποκτούμε σε διάστημα 46 ημερών. Χρησιμοποιούμε δεδομένα SAR από τον Προηγμένο Δορυφόρο Παρατήρησης Εδάφους της Ιαπωνίας (ALOS) με Ραντάρ Συνθετικού Διαφράγματος Σταδιακής Συστοιχίας τύπου L-band (PALSAR). Η L-Band πλεονεκτεί έναντι των οπτικών μηκών κύματος επειδή διαπερνά τη νεφοκάλυψη. Θα διαπεράσει επίσης την επιφάνεια του παγετώνα και θα σκεδάσει τα εσωτερικά χαρακτηριστικά του παγετώνα, επιτρέποντας στο σήμα επιστροφής του SAR να παραμείνει συνεκτικό μεταξύ δύο λήψεων, ακόμη και αν η επιφάνεια του παγετώνα εμφανίζεται άνευ χαρακτηριστικών ή έχει αλλάξει λόγω βαριάς χιονόπτωσης. Η συνεκτική φάση πληροφοριών που λαμβάνονται από τα συστήματα SAR έχει παραδοσιακά χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση των μετακινήσεων του εδάφους με τη χρήση συμβολομετρίας. Ωστόσο, η συμβολομετρία μπορεί να ανιχνεύσει μόνο κίνηση σε κατεύθυνση κάθετη προς τη διαδρομή τροχιάς και είναι λιγότερο ισχυρή σε περιοχές όπου η επιφάνεια του εδάφους μεταβάλλεται γρήγορα, όπως στα θαλάσσια περιβάλλοντα. Η ετεροσυσχέτιση ομαλοποιημένης εικόνας είναι πιο ισχυρή και παρέχει εκτιμήσεις της μετατόπισης του εδάφους τόσο σε αζιμούθιο όσο και σε εύρος κατευθύνσεων.
Μετράμε την οριζόντια μετατόπιση της επιφάνειας του παγετώνα με ετεροσυσχέτιση των εικόνων χρησιμοποιώντας εικονοστοιχεία εύρους παραθύρων 45. Εντοπίσαμε μια μέγιστη συσχέτιση υπο-εικονοστοιχείου προσαρμόζοντας μια τετραγωνική συνάρτηση στους ομαλοποιημένους συντελεστές συσχέτισης. Αυτή η μέθοδος μπορεί να εκτιμήσει μετατοπίσεις με ακρίβειες 10–100 φορές μικρότερες από ένα εικονοστοιχείο. Δεδομένου ότι οι ακρίβειες με τη μέθοδο αυτή κυμαίνονται από 1 έως 0,01 εικονοστοιχεία, θεωρούμε ότι τα αποτελέσματά μας είναι πολύ καλά. Πραγματοποιήσαμε ετεροσυσχέτιση των ακατέργαστων εικόνων λοξής απόστασης οργανωμένων σύμφωνα με τον χρόνο επιστροφής σήματος, όχι με τη γεωγραφική θέση. Οι φορείς μετατόπισης στη συνέχεια περιστράφηκαν σε οριζόντιες μετατοπίσεις εδάφους. Αφού υπολογίσαμε τις μετατοπίσεις, χρησιμοποιήσαμε ψηφιακά υψομετρικά μοντέλα και τις δορυφορικές πληροφορίες εντοπισμού θέσης για να γεωκωδικοποιήσουμε τις εικόνες λοξής απόστασης και να διορθώσουμε τις μετατοπίσεις για συν-καταχώρηση των εικόνων. Οι μετατοπίσεις διορθώνονται επίσης και για μια στερεοστατική επίδραση που προκαλεί μια προφανή μετατόπιση λόγω των διαφορών στη θέση του δορυφόρου κατά τη διπλή λήψη. Αυτή η μέθοδος παρέχει εξαιρετικά ακριβείς εκτιμήσεις της ταχύτητας ροής.
Χρησιμοποιώντας αυτές τις μεθόδους και εικόνες ανάλυσης 5m, επιτυγχάνουμε γενικώς αβεβαιότητες κάτω από 2 cm/ημέρα και συνολικές μεροληψίες των <3 mm/ημέρα. Ενώ τα δεδομένα SAR είναι υψηλής ανάλυσης, η πραγματική χωρική ανάλυση της μεθόδου μας είναι γύρω στα 225m λόγω του μεγέθους των παραθύρων συσχέτισης. Επεξεργαστήκαμε συνολικά 624 καρέ σε 344 ζεύγη εικόνων. Η δημιουργία μωσαϊκών εικόνων περιπλέκεται από το γεγονός ότι οι ταχύτητες ροής των παγετώνων μεταβάλλονται με την πάροδο του χρόνου. Σχεδιάσαμε προσαρμοσμένο λογισμικό για να προσδιορίσουμε χειροκίνητα ποια καρέ αναπαριστούν καλύτερα κάθε παγετώνα και μετά να δημιουργήσουμε μωσαϊκά από επιλεγμένα πεδία διανύσματος ροής από πολλαπλά καρέ.
Το προκύπτον σύνολο δεδομένων αποτελεί τον πρώτο περιφερειακό χάρτη ταχυτήτων ροής παγετώνα-βουνού στην Αλάσκα. Οι επιφανειακές ταχύτητες είναι διαθέσιμες για 47,880km2 πάγου παγετώνων, το οποίο περιλαμβάνει σχεδόν όλους τους μεγάλους παγετώνες στην Αλάσκα. Παραδείγματα από τα Όρη Wrangell-St. Elias παρουσιάζονται στην Εικόνα 1.
Η χωρική δομή της ταχύτητας ροής είναι σύμφωνη με την τρέχουσα αντίληψή μας για την ταχύτητα ροής του παγετώνα και το κλίμα. Οι ταχύτητες ροής γενικώς αυξάνονται από τα ηπειρωτικά κλίματα προς τη θαλάσσια ακτή. Πάνω από το ήμισυ της κατάντη ροής πάγων από περισσότερους από 20.000 παγετώνες σε όλη την Αλάσκα προέρχεται από λιγότερους από 20 παράκτιους παγετώνες. Η κατανόηση της δυναμικής αυτών των παγετώνων είναι κρίσιμη για τις μελλοντικές προσπάθειες για την εκτίμηση της απώλειας μάζας στην Αλάσκα που σχετίζεται με την ταχύτητα ροής.
Ο χάρτης αυτός έχει επίσης βοηθήσει στην ποσοτικοποίηση του όγκου των πάγων που χάνονται στην αποκόλληση παγόβουνων, διότι η ροή πάγου μέσα από κάθε άκρο παγετώνα μπορεί να μετρηθεί χρησιμοποιώντας τα δεδομένα μας. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι περίπου 20 κυβικά χιλιόμετρα πάγου χάνονται κάθε χρόνο στην Αλάσκα λόγω της αποκόλλησης και μόνο. Ο αριθμός αυτός ισοδυναμεί με περίπου 40% της καθαρής μάζας που χάνεται στην Αλάσκα κάθε χρόνο. Δεδομένου ότι η αποκόλληση παγόβουνων ελέγχεται σε μεγάλο βαθμό από το σχήμα τον φιόρδ ένα σημαντικό ποσοστό της μάζας της Αλάσκας θα μπορούσε να εξελιχθεί ανεξάρτητα από το κλίμα, αν και το πώς θα εξελιχθεί δεν είναι ακόμη κατανοητό.
Περισσότερες πληροφορίες σχετικά με αυτό το σύνολο δεδομένων μπορείτε να βρείτε και αλλού, καθώς και μέσω των μεταδεδομένων που είναι διαθέσιμα με το σύνολο δεδομένων που φιλοξενείται στην Alaska Satellite Facility. Προχωρώντας μπροστά, σχεδιάζουμε να χρησιμοποιήσουμε αυτά τα πεδία ταχύτητας ως λύση για την τοπογραφία των παγετώνων. Ελπίζουμε επίσης να χρησιμοποιήσουμε παρόμοιες μεθόδους για την εκτίμηση της κατακόρυφης μετατόπισης της επιφάνειας των παγετώνων και σχεδιάζουμε να κάνουμε τις μεθόδους διαχείρισης δεδομένων υπολογιστικά επεκτάσιμες ώστε να μπορούν να εφαρμοστούν σε παγκόσμιο επίπεδο.
Η παρούσα εργασία ολοκληρώθηκε ως μέρος της διδακτορικής έρευνας του συγγραφέα στο Πανεπιστήμιο της Γιούτα.
