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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-28899
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/2889/


Arigony Neto, Jorge

Monitoring glacier parameters on the Antarctic Peninsula : a centerline approach combining satellite and GIS data

Beobachtung von Gletscherparametern auf die Antarktische Halbinsel

Dokument1.pdf (20.502 KB) (md5sum: 8e83f1382c997e76058bb4a7f43346ac)

Kurzfassung in Englisch

Drastic changes were detected in glacial systems of the Antarctic Peninsula in the last decades. The observed phenomena comprise a significant warming trend, changes in precipitation patterns, reduction of seasonal sea ice, disintegration of ice shelves, retreat of glacier fronts, upward shift of the dry snow line, and increasing trend in duration of melting conditions. Although the time response of such processes to climate change remains uncertain, the dependence of the detected glacial changes on variations in climate parameters seems to be evident. However, due to the lack of consistent systematic observations in particular of the higher parts of the glacial systems, it is difficult to predict further responses of glaciers to climate change.
This thesis focuses on the development of methods for semi-automatic extraction of glacier parameters (i.e., boundaries between glacier zones and glacier frontal position) on the Antarctic Peninsula using multi-temporal and multi-sensor remote sensing datasets. To expand the current monitoring of a few glaciers unevenly distributed along the peninsula to a representative set in the near future, a new methodological approach is proposed. The so-called centerline approach simplifies the current methodology based on analyses of entire glacier catchments, facilitating the pre-processing and classification of remote sensing data acquired on glaciers.
A multi-sensor processing chain to extract the above mentioned glacier parameters from satellite imagery using the centerline approach is described. Routines are implemented to reduce the analyst interaction with image processing software and database system, resulting in an application called IceTools. In addition, the developed algorithms for the classification of SAR (i.e., ERS-1/2 SAR and Envisat ASAR) and optical imagery (i.e., Landsat TM/ETM+ and Terra ASTER) are explained. The modular structure of the implemented processing chain enables an unproblematic integration of algorithms for classifying datasets from future sensors.
A preliminary analysis of spatial and temporal distribution of satellite derived glacier parameters on the Antarctic Peninsula shows that climate related boundaries between glacier zones (i.e., the dry snow line and the snow line) as well as glacier fronts have different spatial patterns of change on this region. These patterns vary within the covered time period of the study (1986-2005), confirming the assumption that changes in climatological and glaciological conditions on a relatively short time scale are usual for this region. Furthermore, the widespread persistence of a wet snow radar zone is proved even when the air temperature sinks below 0oC. As a consequence it can be stated that simple models of snow melting or mass balance based on positive degree-days from temperature measured at nearby stations tend to underestimate the energy available for melting in the snow pack.


Kurzfassung in Deutsch

An den Gletschersystemen der Antarktischen Halbinsel wurden in den letzten Jahrzehnten drastische Veränderungen festgestellt. Die beobachteten Phänomene umfassen einen signifikanten Erwärmungstrend, Veränderungen des Niederschlagsmusters, eine Verringerung der saisonalen Meereisbedeckung, den Zerfall von Schelfeisen, den Rückzug der Gletscherfronten, die Aufwärtsverlagerung der Trockenschneelinie und eine Verlängerung der Zeiträume mit Schneeschmelze. Auch wenn die Antwortzeiten der einzelnen Prozesse auf klimatische Veränderungen noch ungewiss sind, so ist die Abhängigkeit des Wandels glazialer Systeme von klimatischen Parametern unumstritten. Jedoch ist es aus Mangel an zuverlässigen klimatologischen Beobachtungen insbesondere für die höheren Lagen der Gletschersysteme schwer, die künftige Reaktion von Gletschern auf klimatische Veränderungen vorherzusagen.
Der Schwerpunkt dieser Dissertation liegt auf der Entwicklung von Methoden zur halbautomatischen Gewinnung von Gletscherparametern (Grenzen zwischen Gletscherzonen und Lage der Gletscherfront) anhand multitemporaler und multisensoraler Fernerkundungsdaten. Untersuchungsraum ist die Antarktische Halbinsel. Um das bisher gängige Monitoring von wenigen, auf die Halbinsel verstreute Gletscher auf eine repräsentative Anzahl zu erweitern, wird eine neue Methode, die sogenannte „centerline approach“, verwendet. Sie vereinfacht die Auswertung, die bisher auf der Analyse der ganzen Gletschereinzugsgebiete basierte, durch eine Konzentration auf die zentralen Längsbereiche der einzelnen Gletscher. Damit werden Vorverarbeitung und Klassifizierung der Fernerkundungsdaten erleichtert und die Voraussetzungen für eine Automatisierung geschaffen.
Eine Prozessierungskette für die Extraktion der oben erwähnten Gletscherparameter aus Satellitenbildern verschiedener Sensoren mit Hilfe des „centerline approach“ wird vorgestellt. Die zur Verringerung der Interaktion von Software und Auswerter nötigen Computerroutinen und ihre Implementation in der Applikation „IceTools“ werden beschrieben. Zusätzlich werden spezifische Algorithmen zur Klassifizierung von SAR (ERS-1/2 SAR und Envisat ASAR) und optischen Bildern (Landsat TM/ETM+ und Terra ASTER) diskutiert. Die modulare Struktur der Prozessierungskette ermöglicht die problemlose Erweiterung um Algorithmen zur Einbeziehung von zukünftigen Sensoren.
Eine erste Analyse der räumlichen und zeitlichen Verteilung der aus Satellitenbilder gewonnenen Gletscherparameter zeigt, dass im Untersuchungsgebiet die Grenzen zwischen den Gletscherzonen, d.h. die Trockenschneelinie und die Schneelinie, wie auch die jeweilige Lage der Gletscherfront unterschiedliche räumliche Veränderungsmuster aufweisen. Diese Muster variieren innerhalb des Untersuchungszeitraums (1986-2005) und bestätigen die Aussage, dass die in kurzen Zeiträumen ablaufende Veränderung der klimatischen und glaziologischen Bedingungen typisch für die Region ist.
Darüber hinaus wird belegt, dass die Verbreitung der Nassschneezone nicht an Temperaturen von 0°C und mehr gebunden ist. Das weist darauf hin, dass einfache Schneeschmelz- oder Massenbilanzmodelle, die aus Messwerten benachbarter Stationen positive Gradtagszahlen ableiten und damit die Schmelzbedingungen modellieren, eine Tendenz zur Unterschätzung der Schmelzmengen aufweisen.


SWD-Schlagwörter: Antarktische Halbinsel , Optische Fernerkundung , Radarfernerkundung , Satellitenfernerkundung , Gletscher
Freie Schlagwörter (englisch): Antarctic Peninsula , remote sensing , glacier facies , glaciology, climate change
Institut: Institut für Physische Geographie
Fakultät: Fakultät für Forst- und Umweltwissenschaften
DDC-Sachgruppe: Geowissenschaften, Geologie
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Goßmann, Hermann (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 31.01.2007
Erstellungsjahr: 2006
Publikationsdatum: 22.02.2007
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