Published January 1, 2023
| Version v1
Publication
Open
Identification of Seasonal Snow Phase Changes from C-band SAR Time Series with Dynamic Thresholds
Creators
- 1. Victoria University of Wellington
- 2. National Space Activities Commission
Description
In cryospheric studies, the most critical variable is estimating the beginning and evolution of the seasonal snow accumulation and its melting process.We propose and evaluate a new method for identifying seasonal snow cover phase changes in the Argentinean Andes using time series of Sentinel-1 Synthetic Aperture Radar data available in the Google Earth Engine platform.We used meteorological and optical Sentinel-2 data to validate snow presence.Firstly, we investigated seasonal snow cover dynamics in different regions of interest (ROIs).We identified three land surface cover periods: bare soil, dry snow, and melting snow.This finding is significant because other studies show that bare soil and dry snow have similar backscattering responses in C-band.Our methodology uses time series derivatives and their positive and negative anomalies.Finally, we compare our results with those obtained with a fixed threshold change detection approach.Our method was able to detect the phase change between bare soil and dry snow period in 75 % of the ROIs, while a fixed threshold of -2 dB only detects it in 42 % of the cases.Furthermore, the derivative method also detects in 92 % of the ROIs time series the beginning of the melting period, showing that it is a promising methodology for operative systems.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
في دراسات الغلاف الجليدي، يتمثل المتغير الأكثر أهمية في تقدير بداية وتطور تراكم الثلوج الموسمية وعملية ذوبانها. نقترح ونقيم طريقة جديدة لتحديد تغيرات مرحلة الغطاء الثلجي الموسمي في جبال الأنديز الأرجنتينية باستخدام السلاسل الزمنية لبيانات رادار الفتحة الاصطناعية Sentinel -1 المتاحة في منصة Google Earth Engine. استخدمنا بيانات الأرصاد الجوية والبصرية Sentinel -2 للتحقق من وجود الثلوج. أولاً، قمنا بالتحقيق في ديناميكيات الغطاء الثلجي الموسمي في المناطق المختلفة ذات الاهتمام (ROIs). حددنا ثلاث فترات للغطاء السطحي الأرضي: التربة العارية، الثلج الجاف وذوبان الثلوج. هذه النتيجة مهمة لأن دراسات أخرى تظهر أن التربة العارية والثلوج الجافة لها استجابات تشتت عكسي مماثلة في النطاق C. تستخدم منهجيتنا مشتقات السلاسل الزمنية وشذوذاتها الإيجابية والسلبية. أخيرًا، نقارن نتائجنا مع تلك التي تم الحصول عليها باستخدام نهج الكشف عن تغير العتبة الثابتة. تمكنت طريقتنا من اكتشاف تغير الطور بين التربة العارية وفترة الثلوج الجافة في 75 ٪ من عائدات الاستثمار، في حين أن العتبة الثابتة البالغة -2 ديسيبل تكتشفها فقط في 42 ٪ من الحالات. علاوة على ذلك، فإن تكتشف طريقة المشتقات أيضًا في 92 ٪ من السلسلة الزمنية لعائدات الاستثمار بداية فترة الانصهار، مما يدل على أنها منهجية واعدة للأنظمة التشغيلية.Translated Description (French)
Dans les études cryosphériques, la variable la plus critique est l'estimation du début et de l'évolution de l'accumulation saisonnière de neige et de son processus de fonte.Nous proposons et évaluons une nouvelle méthode pour identifier les changements de phase de la couverture neigeuse saisonnière dans les Andes argentines à l'aide de séries chronologiques de données Sentinel-1 Synthetic Aperture Radar disponibles sur la plate-forme Google Earth Engine.Nous avons utilisé des données météorologiques et optiques Sentinel-2 pour valider la présence de neige.Premièrement, nous avons étudié la dynamique de la couverture neigeuse saisonnière dans différentes régions d'intérêt (ROI).Nous avons identifié trois périodes de couverture de surface terrestre : sol nu, neige sèche et neige fondante.Cette constatation est significative car d'autres études montrent que le sol nu et la neige sèche ont des réponses de rétrodiffusion similaires dans la bande C.Notre méthodologie utilise des dérivées de séries temporelles et leurs anomalies positives et négatives.Enfin, nous comparons nos résultats avec ceux obtenus avec une approche de détection de changement de seuil fixe.Notre méthode a pu détecter le changement de phase entre la période du sol nu et de la neige sèche dans 75 % des roi, tandis qu'un seuil fixe de -2 dB ne le détecte que dans 42 % des cas.En outre, la méthode dérivée détecte également dans 92 % des séries temporelles roi le début de la période de fusion, montrant qu'il s'agit d'une méthodologie prometteuse pour les systèmes opérationnels.Translated Description (Spanish)
En los estudios criosféricos, la variable más crítica es estimar el inicio y la evolución de la acumulación estacional de nieve y su proceso de derretimiento. Proponemos y evaluamos un nuevo método para identificar los cambios de fase de la capa de nieve estacional en los Andes argentinos utilizando series temporales de datos de Radar de Apertura Sintética Sentinel-1 disponibles en la plataforma Google Earth Engine. Utilizamos datos meteorológicos y ópticos de Sentinel-2 para validar la presencia de nieve. En primer lugar, investigamos la dinámica de la capa de nieve estacional en diferentes regiones de interés (ROI). Identificamos tres períodos de cobertura de la superficie terrestre: suelo desnudo, nieve seca y nieve que se derrite. Este hallazgo es significativo porque otros estudios muestran que el suelo desnudo y la nieve seca tienen respuestas de retrodispersión similares en la banda C. Nuestra metodología utiliza derivados de series de tiempo y sus anomalías positivas y negativas. Finalmente, comparamos nuestros resultados con los obtenidos con un enfoque de detección de cambio de umbral fijo. Nuestro método fue capaz de detectar el cambio de fase entre el suelo desnudo y el período de nieve seca en el 75 % de los ROI, mientras que un umbral fijo de -2 dB solo lo detecta en el 42 % de los casos. Además, el método derivado también detecta en el 92 % de las series de tiempo de ROI el comienzo del período de fusión, lo que demuestra que es una metodología prometedora para los sistemas operativos.Files
10139788.pdf.pdf
Files
(245 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:41cb40a36d034e4a6f60a7e24f08223c
|
245 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تحديد تغييرات المرحلة الثلجية الموسمية من السلسلة الزمنية للبحث والإنقاذ للنطاق C مع عتبات ديناميكية
- Translated title (French)
- Identification des changements saisonniers de la phase neigeuse à partir de la série temporelle SAR en bande C avec des seuils dynamiques
- Translated title (Spanish)
- Identificación de cambios estacionales en la fase de nieve a partir de series de tiempo SAR en banda C con umbrales dinámicos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4378902255
- DOI
- 10.1109/jstars.2023.3281149
References
- https://openalex.org/W1534403398
- https://openalex.org/W1786305391
- https://openalex.org/W1871566584
- https://openalex.org/W2002604925
- https://openalex.org/W2024300411
- https://openalex.org/W2049620072
- https://openalex.org/W2069756757
- https://openalex.org/W2075159742
- https://openalex.org/W2080805949
- https://openalex.org/W2101677516
- https://openalex.org/W2136482346
- https://openalex.org/W2146846308
- https://openalex.org/W2157771144
- https://openalex.org/W2165383220
- https://openalex.org/W2429241456
- https://openalex.org/W2542355285
- https://openalex.org/W2579746766
- https://openalex.org/W2725897987
- https://openalex.org/W2779461666
- https://openalex.org/W2894560039
- https://openalex.org/W2915755918
- https://openalex.org/W2937079534
- https://openalex.org/W2950069140
- https://openalex.org/W2971963715
- https://openalex.org/W3002655651
- https://openalex.org/W3037910291
- https://openalex.org/W3092926189
- https://openalex.org/W3121137801
- https://openalex.org/W3129961957
- https://openalex.org/W3195096725
- https://openalex.org/W4200305941
- https://openalex.org/W4212831233
- https://openalex.org/W4213109087
- https://openalex.org/W4232560149
- https://openalex.org/W4232963168
- https://openalex.org/W4253943314
- https://openalex.org/W4294287515
- https://openalex.org/W4312586760
- https://openalex.org/W657338059