Abschlussarbeit
TerraSAR-X basierte Klassifizierung von Gletscherzonen: Monitoring von Axel Heiberg, Devon Ice Cap und Manson Icefield zwischen 2017 und 2023
Wie verhalten sich arktische Gletscher im Sommer? Was lässt sich über den Zeitraum von sieben Jahr aus dem All beobachten?
Details
- Extern/e Autor:in
- Markens Spasari
- Intern/e Betreuer:in
- Prof. Dr.-Ing. Andreas Schmitt
- Abschluss
- Bachelor
- Studiengang
- Angewandte Geodäsie und Geoinformatik
- Jahr
- 2024
- Fakultät
- Fakultät für Geoinformation
- Status
- abgeschlossen
- Themengruppe
- Photogrammetrie_Fernerkundung
Der Kanadische Arktische Archipel (CAA) ist eine der größten vergletscherten Regionen der Welt und ist erheblich von der Arctic Amplification-Effekt betroffen. Das bedeutet, dass sich die Arktis schneller erwärmt als der Rest der Welt, was zu einem erheblichen Verlust an Eismasse führt. Zur Untersuchung der Gletscher und Eiskappen werden Größenänderungen, Schmelzsaison und Gletscherzonen analysiert. Diese Analysen werden durch SAR-Methoden unterstützt, die eine kontinuierliche Überwachung in regelmäßigen Abständen ermöglichen.Die Königin-Elisabeth-Inseln im kanadischen arktischen Archipel umfassen zahlreiche Gletscher nördlich des Breitengrads 74°30’N, darunter die Axel Heiberg-Insel, die Devon-Eiskappe und das Manson-Eisfeld auf der Ellesmere-Insel, siehe Abb. 1. Die in diesen Regionen untersuchten Gletschergebiete haben folgende Größen: 6229 km2 für Axel Heiberg, 5355 km2 für das Manson-Eisfeld und 13990 km2 für die Devon-Eiskappe. Diese Regionen sind für ihre extremen klimatischen und geologischen Bedingungen bekannt, die das Studium von Gletschern und Eiskappen ermöglichen.
Diese Studie untersucht die zeitliche und räumliche Variabilität der Gletscherzonen in diesen drei Gebieten von 2017 bis 2023. Dafür wurde ein konsistenter Ansatz zur automatisierten Klassifizierung von Gletscherzonen entwickelt, der auf hochauflösenden TerraSAR-X ScanSAR-Daten mit einer zeitlichen Abtastung von 11 Tagen basiert. Zusätzlich wurden digitale Höhenmodelle und Lufttemperaturen von nahegelegenen Wetterstationen verwendet, um den Einfluss der Temperatur auf die Gletscherzonen zu bewerten. Für die Klassifizierung wurden fünf Radargletscherzonen aus der Literatur verwendet und definiert: Trockenschneezone (Dry Snow Zone), gefrorene Perkolationszone (Frozen-Percolation Zone), Aufeiszone (Superimposed Ice Zone), Eiszone (Bare Ice Zone) und Nassschneezone (Wet Snow Zone). Die Schwellenwerte für die HH-Intensität in Gamma-Null (γ0) wurden durch eigene Analysen und Vergleiche mit der Literatur bestimmt, um die gemessenen Rückstreuwerte den entsprechenden Gletscherklassen zuordnen zu können, siehe Abb. 2-4.
Abbildungen 1 -4
Begrenzte Wetterstationen stellen eine Herausforderung bei der Untersuchung großer vergletscherter Regionen dar. Die Studie verdeutlicht, dass die Dynamik der Gletscherzonen nicht allein durch die Lufttemperatur erklärt werden kann. TerraSAR-X-Satellitendaten sind ein wertvolles Instrument für eine regelmäßige und umfassende Gletscherüberwachung, da sie eine hohe Auflösung und häufige Aktualisierungen bieten, um subtile Veränderungen zu erkennen und klimatische Auswirkungen zu bewerten. In den Ergebnissen dieser Studie aus TerraSAR-X sehen wir deutliche Änderungen in den Gletscherzonen in drei unterschiedlichen Gebieten, über den untersuchten Zeitraum hinweg.
Abbildung 5: Timelapse Video der Gletscherzonen auf der Axel Heiberg-Insel
Abbildung 6: Timelapse Video der Gletscherzonen auf der Devon-Eiskappe
Abbildung 7: Timelapse Video der Gletscherzonen auf dem Manson-Eisfeld
Auf Axel Heiberg (Abb. 5) beginnt und endet die Ablationsphase typischerweise früher (Anfang Juni bis Anfang August) als in Devon Ice Cap und Manson Icefield (Mitte Juni bis Mitte/Ende August). Die Ergebnisse zeigen deutliche Veränderungen der Sommerbedingungen. Axel Heiberg verzeichnete einen Anstieg der maximalen Ausdehnung von Nassschneeflächen von 38 % im Jahr 2017 auf 73 % im Jahr 2022, gefolgt von einem leichten Rückgang auf 63 % im Jahr 2023. In Devon Ice Cap (Abb. 6) nahm die maximale Ausdehnung von 61 % im Jahr 2017 auf 90 % im Jahr 2022 zu, bevor sie im Jahr 2023 auf 71 % zurückging. In Devon Ice Cap und Manson Icefield (Abb. 7) ist die durchschnittliche Ausdehnung von Nassschneeflächen im Sommer größer als in Axel Heiberg. Auch die geografische Lage spielt für Gletscherflächen eine wichtige Rolle.
Die durchschnittliche Ausdehnung der Eiszone (Bare Ice) nahm in Axel Heiberg von 15 % im Jahr 2017 auf 29 % im Jahr 2023 zu, während sie in der Devon-Eiskappe von 22 % im Jahr 2017 auf 26 % im Jahr 2022 zunahm, bevor sie im Jahr 2023 wieder abnahm. Das Manson-Eisfeld erfuhr von 2017 bis 2020 keine signifikanten Veränderungen.