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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-13704
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/1370/


Rau, Frank

Schneeeigenschaften und Gletscherzonen der Antarktischen Halbinsel im Radarbild : thermische Phänomene der Schnee- und Firndecken im Hinterland der großen Schelfeisabbrüche

Snowpack properties and glacier zones on the Antarctic Peninsula derived from SAR-data

Dokument1.pdf (10.085 KB) (md5sum: 5745a3e888a0f553cc0ce3abbba2b279)

Kurzfassung in Deutsch

Vor dem Hintergrund eines zu beobachtenden regionalen Klimawandels und den damit einhergehenden Veränderungen der glazialen Systeme auf der Antarktischen Halbinsel werden im Rahmen dieser Arbeit die Nutzungsmöglichkeiten der Radarfernerkundung für ein konsistentes Überwachungsprogramm der Schneedecken evaluiert. Die Ergebnisse zeigen dabei, daß sich durch die Auswertung von SAR-Daten unterschiedlicher räumlicher und zeitlicher Auflösung wesentliche Aspekte der thermischen Entwicklung und der Metamorphosegeschichte der Schneedecken sowohl der tiefergelegenen Bereiche als auch der Hochlagen in ihrer meridionalen und zonalen Differenzierung beschreiben lassen. Das auf der Rückstreucharakteristik der untersuchten Flächen basierende Klassifizierungskonzept der Radargletscherzonen erweist sich hierbei als wirksames Hilfsmittel zur Ableitung der flächenhaften Ausdehnung und Verteilung verschiedener Zustandsformen der lokalen Schneedecken und ermöglicht die Beobachtung der sich saisonal, periodisch oder episodisch verlagernden Grenzlinien, denen eine wichtige Indikatorfunktion zur Beschreibung von Witterung und Klima im Untersuchungsraum zukommt.

Insbesondere in den bislang durch eine defizitäre Datenlage gekennzeichneten Plateauregionen der Antarktischen Halbinsel nördlich 70° S ergeben sich aus der Erfassung und Beobachtung der Trockenschneelinie im Zeitraum zwischen 1991 und 2000 neue Erkenntnisse über deren klimatische Entwicklung und den Einfluß singulär auftretender Wärmeereignisse auf die Schneedecken dieser Gebiete. Auf der Applikation eines Radarrückstreumodells basierende Simulationen der Grenzliniendynamik weisen auf die im Rahmen einer Zyklonalwetterlage durch Advektion warm-feuchter Luftmassen und den daraus resultierenden Energietransferprozessen in Gang gesetzte Schmelz-Gefrier-Metamorphose als ursächlichen Impuls für eine aufwärts gerichtete Verschiebung hin. Demgegenüber führt die durch Tauvorgänge ungestörte Akkumulation einer Trockenschneedecke ausreichender Mächtigkeit zu einer Verlagerung in tiefergelegene Bereiche. Beide Prozesse konnten auf der Ostabdachung des Plateaus im Verlauf der 1990er Dekade verfolgt werden. Die im Süden des Untersuchungsraumes auf eine Phase der stetigen Aufwärtsverlagerung zwischen 1992 und 1998 folgende Absenkung der Trockenschneelinienhöhen in den Jahren 1998 bis 2000 belegt ebenso wie das Fehlen eines klaren Änderungssignals in den nördlichen Teilbereichen im Verlauf einer achtjährigen Untersuchungsperiode (1992 - 2000), daß hohe Akkumulationsraten die Schneedeckendynamik in den Hochlagen der Halbinsel prägen. Diese Folgerungen stehen im Einklang mit den gemessenen bzw. interpolierten Akkumulationsdaten in diesem Raum und können als ein weiteres stützendes Indiz für die Vermutung eines Niederschlagsanstieges im Zuge der momentanen Klimaentwicklung gewertet werden. Auch wenn die in den Höhenregionen der Antarktischen Halbinsel beschriebenen Prozesse nicht unmittelbar mit den Phänomenen der Schelfeiszerfälle und der weit verbreitet zu erfassenden Gletscherrückzüge gekoppelt sind, so bietet die dargestellte Methode die Möglichkeit der Erfassung komplementärer Aspekte im Kontext des rezenten regionalen Erwärmungstrends.

Die SAR-gestützte Erfassung der Schmelz- und Ausaperungsdynamik stellt ferner ein Instrument für witterungsklimatische Betrachtungen in den Tieflagen der Halbinsel und auf den angrenzenden Schelfeistafeln dar. Aus der Überwachung der Fluktuationen der Naßschnee- und der Firnlinien können in räumlicher und zeitlicher Differenzierung Erkenntnisse über Verlauf und Dauer der Ablationsperiode abgeleitet werden. Insbesondere die Abschätzungen der flächenhaften Verbreitung und der Höhenerstreckung der ausapernden Gletscherbereiche sowie der durch Schneeschmelze beeinflußten Gebiete auf der nördlichen Halbinsel deuten darauf hin, daß über die zu beobachtenden Gletscherrückzüge hinaus die Massenverluste in den tieferen Lagen deutlich höher zu sein scheinen als dies noch vor wenigen Jahren vermutet wurde. Über die, durch ihren Charakter als Katastrophenereignisse besonders spektakulären Schelfeiszerfälle hinaus, zeichnet sich durch die Labilisierung ehemaliger Zuflußgletscher nach dem Wegfall der als Widerlager dienenden Schelfeistafeln und einer Veränderung der glazialen Dynamik infolge einer Änderung der thermischen Eigenschaften insbesondere auch durch die klimainduzierte Modifikation der Massenbilanzregime in den Tieflagen der Gletscher ein tiefgreifender kryosphärischer Wandel in diesem Geosystem ab. Diese Befunde bezeugen neben Energiebilanzbetrachtungen und Ablationsmodellierungen die hohe Sensitivität der Eismassen der Antarktischen Halbinsel gegenüber einem Anstieg der Temperaturen und legen auch aufgrund des erweiterten wissenschaftlichen Kenntnisstandes von den Patagonischen Eisfeldern und den subpolaren Gletschern Alaskas eine Neubewertung des potentiellen Beitrages der Antarktischen Halbinsel zum globalen Meeresspiegelanstieg nahe.


Kurzfassung in Englisch

Although the Antarctic Peninsula is the region with the densest network of operating research stations in Antarctica, most information is restricted to the northern coastal areas, which invariably neglects the peninsula's mountainous topography and its longitudinal extension. Data from higher regions are scarce or entirely lacking. Consequently, immense uncertainties about the spatial and temporal variabilities of the glacial systems and the impact of the actual climatic change on these areas remain. Remote sensing techniques offer a powerful means of monitoring changes in higher altitudes at a variety of temporal and spatial scales. In particular, data from SAR-sensors facilitate the analysis of surface properties of these areas.

SAR-images of polar glaciers show a typical sequence of alternating dark and bright signatures. These signatures are caused by specific backscatter mechanisms which in turn are affected by the prevailing snow cover parameters. Since SAR data provide information from deeper layers of a snow cover, a detailed classification of snow zones on glaciers is facilitated. Depending on the actual snow properties, these radar glacier zones are dynamic on a time scale of days to weeks. In this study, the proposed classification scheme distinguishes between the dry snow, frozen percolation, wet snow, and bare ice radar glacier zones. Since the formation and distribution of these snow zones depend on the prevailing weather conditions prior to and during image acquisition, the actual positions of the boundary lines between different zones provide information on actual and recent meteorological parameters.

Analysing RADARSAT ScanSAR data from 1998/99, the spatial extent of the dry snow radar zone on the Antarctic Peninsula was computed by extracting all areas with a backscatter coefficient of less than -14 dB. This threshold value was derived from backscatter modelling based on snow pit and ice core data. In addition, analysis of SAR-imagery from ERS-1/2 and RADARSAT indicates that this threshold is appropriate to identify the dry snow radar zone on the Antarctic Peninsula. The results indicate a total size of the dry snow radar zone of 23300 km² which corresponds to 19.7% of the terrestrial parts of the Antarctic Peninsula north of 70° S. In addition, the spatial distribution of the wet snow radar zone on January 5, 1999 facilitates an assessment of glacier surfaces influenced regularly by snowmelt. When disregarding snow- and ice-free areas, the effective surface of this zone could be estimated to be approximately 30000 km² (25%). The maximum extent of the bare ice radar zone is assessed to 10600 km² (9%). These findings suggest that, in addition to the needs of refined ablation rates, the spatial extent of areas affected by snowmelt has to be revised for future assessments of the contribution of the Antarctic Peninsula's ice masses to sea level rise.

Based on the analysis of multi-temporal ERS-1/2 SAR-imagery (1992 - 2000), the position of the dry snow line on the eastern side of the Antarctic Peninsula was identified by applying the same threshold approach. In 1992, the position of the dry snow line increased from a minimum altitude of approximately 1050 - 1150 m asl at 68.0° S to 1600 - 1800 m asl at 65.0° S with observed deviations being attributed to locally varying conditions such as altitude, aspect, and local accumulation rates. A significant upward shift of this boundary line can be identified on the gently inclined eastern slopes of the central mountain chain. Hereby, an increase of the altitudinal position of the dry snow line of up to 200 m is detected between 1992 and 1998 in the southern parts of the investigated area. The only mechanism which is believed to be able to cause an upward shift of the dry snow line is a change from dry to wet snow metamorphism. This implies an impact of high temperatures leading to enhanced grain growth and, therefore, higher backscatter values. Conversely, a downward shift of this boundary line is an indicator of continuous accumulation of dry snow and the absence of any melt event at the corresponding altitude range. Therefore, the observed upward shift of this boundary line in the southern sector during the investigated time period of 1992 to 1998 is interpreted as a direct result of the impact of high temperature events affecting the snow cover in the uppermost regions, while the downward shift between 1998 and 2000 indicates high accumulation under predominating dry snow conditions.

The presented observations add further aspects to the already reported effects of the regional warming trend on the Antarctic Peninsula. These findings also confirm the capability of SAR-derived radar glacier zones and their boundary lines to serve as indicators of climate variability in remote high-altitude areas of the polar regions.


SWD-Schlagwörter: Antarktische Halbinsel , Satellitenfernerkundung , Radarfernerkundung , Glaziologie , Schnee , Schelfeis , Gletscherrückzug , Klimatologie , Klimaände
Freie Schlagwörter (deutsch): ERS-1/2 SAR , RADARSAT SAR , Schneedeckendynamik , Radargletscherzonen , Rückstreumodellierung , Schelfeiszerfall
Freie Schlagwörter (englisch): Antarctic Peninsula , radar remote sensing , snowpack properties , radar glacier zones , climate change , ice shelf disintegration, glaciology
Institut: Institut für Physische Geographie
Fakultät: Fakultät für Forst- und Umweltwissenschaften
DDC-Sachgruppe: Geowissenschaften, Geologie
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Goßmann, Hermann (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 19.05.2004
Erstellungsjahr: 2004
Publikationsdatum: 08.07.2004
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