Published July 23, 2020
| Version v1
Publication
Open
Upward Expansion of Supra-Glacial Debris Cover in the Hunza Valley, Karakoram, During 1990 ∼ 2019
Creators
- 1. Yunnan University
- 2. Northwest Institute of Eco-Environment and Resources
- 3. Chinese Academy of Sciences
- 4. Muhammad Nawaz Shareef University of Agriculture
- 5. Abbottabad University of Science and Technology
- 6. COMSATS University Islamabad
Description
Supra-glacial debris cover is key to glacier ablation through increasing (thin debris layer) or decreasing (thick debris layer) melt rates, thereby regulating the mass balance of a glacier and its meltwater runoff. The thickening or lateral expansion of supra-glacial debris cover correlates with a reduction of glacier ablation and, consequently, runoff generation, which is also considered to be an influential factor on the rheology and dynamics of a glacierized system. Studies on supra-glacial debris cover have recently attracted wide attention especially for glaciers in the Himalayas and Karakoram, where the glaciers have heterogeneously responded to climate change. In this study, we used 32 images from the Landsat Thematic Mapper, Enhanced Thematic Mapper Plus and Operational Land Imager archive, going back to 1990, which are available on the Google Earth Engine cloud-computing platform, to map the supra-glacial debris cover in the Hunza Valley, Karakoram, Pakistan based on a band ratio segmentation method (normalized difference snow index [NDSI] < 0.4), Otsu thresholding and machine learning algorithms. Compared with manual digitization, the random forest (RF) model was found to have the greatest accuracy in identifying supra-glacial debris, with a Kappa coefficient of 0.94 ± 0.01 and an overall accuracy of 95.5 ± 0.9%. Overall, the supra-glacial debris cover in the study area showed an increasing trend, and the total area expanded by 8.1–21.3% for various glaciers from 1990 to 2019. The other two methods (Otsu thresholding and NDSI < 0.4) generally overestimated the supra-glacial debris covered area, by 36.3% and 18.8%, respectively, compared to that of the RF model. The supra-glacial debris cover has migrated upward on the glaciers, with intensive variation near the equilibrium-line altitude zone (4500–5500 m a.s.l.). The increase in ice or snow avalanche activity at high altitudes may be responsible for this upward expansion of supra-glacial debris cover in the Hunza Valley, which is attributed to the combined effect of temperature decrease and precipitation increase in the study area.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يعد غطاء الحطام فوق الجليدي مفتاحًا لاستئصال الأنهار الجليدية من خلال زيادة (طبقة الحطام الرقيقة) أو تقليل (طبقة الحطام السميكة) معدلات الذوبان، وبالتالي تنظيم التوازن الكتلي للأنهار الجليدية وجريان المياه الذائبة. يرتبط سماكة أو التمدد الجانبي لغطاء الحطام فوق الجليدي بتقليل الاستئصال الجليدي، وبالتالي، توليد الجريان السطحي، والذي يعتبر أيضًا عاملًا مؤثرًا على انسيابية وديناميكيات النظام الجليدي. جذبت الدراسات حول غطاء الحطام فوق الجليدي مؤخرًا اهتمامًا واسعًا خاصة للأنهار الجليدية في جبال الهيمالايا وكاراكورام، حيث استجابت الأنهار الجليدية بشكل غير متجانس لتغير المناخ. في هذه الدراسة، استخدمنا 32 صورة من أرشيف Landsat Thematic Mapper و Enhanced Thematic Mapper Plus و Operational Land Imager، الذي يعود إلى عام 1990، والمتوفر على منصة الحوسبة السحابية لمحرك Google Earth، لرسم خريطة لغطاء الحطام فوق الجليدي في وادي هونزا، كاراكورام، باكستان بناءً على طريقة تجزئة نسبة النطاق (مؤشر الفرق الطبيعي للثلج [NDSI] < 0.4)، وعتبة Otsu وخوارزميات التعلم الآلي. بالمقارنة مع الرقمنة اليدوية، وجد أن نموذج الغابة العشوائية (RF) لديه أكبر دقة في تحديد الحطام فوق الجليدي، مع معامل كابا 0.94 ± 0.01 ودقة إجمالية 95.5 ± 0.9 ٪. بشكل عام، أظهر غطاء الحطام فوق الجليدي في منطقة الدراسة اتجاهًا متزايدًا، وتوسعت المساحة الإجمالية بنسبة 8.1-21.3 ٪ لمختلف الأنهار الجليدية من 1990 إلى 2019. عمومًا، بالغت الطريقتان الأخريان (عتبة أوتسو و NDSI < 0.4) في تقدير المساحة المغطاة بالحطام فوق الجليدي، بنسبة 36.3 ٪ و 18.8 ٪ على التوالي، مقارنة بنموذج التردد اللاسلكي. هاجر غطاء الحطام فوق الجليدي صعودًا على الأنهار الجليدية، مع تباين مكثف بالقرب من منطقة ارتفاع خط التوازن (4500–5500 متر مكعب). قد تكون الزيادة في نشاط الانهيار الجليدي أو الثلجي على ارتفاعات عالية مسؤولة عن هذا التوسع التصاعدي لغطاء الحطام فوق الجليدي في وادي هونزا، والذي يعزى إلى التأثير المشترك لانخفاض درجة الحرارة وزيادة هطول الأمطار في منطقة الدراسة.Translated Description (French)
La couverture de débris supraglaciaires est essentielle à l'ablation des glaciers en augmentant (couche de débris mince) ou en diminuant (couche de débris épaisse) les taux de fusion, régulant ainsi le bilan massique d'un glacier et son ruissellement d'eau de fonte. L'épaississement ou l'expansion latérale de la couverture de débris supra-glaciaires est corrélée à une réduction de l'ablation des glaciers et, par conséquent, de la génération de ruissellement, qui est également considérée comme un facteur influent sur la rhéologie et la dynamique d'un système glaciaire. Les études sur la couverture de débris supra-glaciaires ont récemment attiré une large attention, en particulier pour les glaciers de l'Himalaya et du Karakoram, où les glaciers ont réagi de manière hétérogène au changement climatique. Dans cette étude, nous avons utilisé 32 images des archives Landsat Thematic Mapper, Enhanced Thematic Mapper Plus et Operational Land Imager, remontant à 1990, qui sont disponibles sur la plate-forme de cloud computing Google Earth Engine, pour cartographier la couverture de débris supra-glaciaires dans la vallée de Hunza, Karakoram, Pakistan, sur la base d'une méthode de segmentation de rapport de bande (indice de différence de neige normalisée [NDSI] < 0,4), de seuillage Otsu et d'algorithmes d'apprentissage automatique. Comparé à la numérisation manuelle, le modèle de forêt aléatoire (RF) s'est avéré avoir la plus grande précision dans l'identification des débris supra-glaciaires, avec un coefficient Kappa de 0,94 ± 0,01 et une précision globale de 95,5 ± 0,9 %. Dans l'ensemble, la couverture de débris supra-glaciaires dans la zone d'étude a montré une tendance à la hausse, et la superficie totale a augmenté de 8,1 à 21,3 % pour divers glaciers de 1990 à 2019. Les deux autres méthodes (seuillage d'Otsu et NDSI < 0,4) ont généralement surestimé la surface couverte de débris supra-glaciaires, respectivement de 36,3% et 18,8%, par rapport à celle du modèle RF. La couverture de débris supra-glaciaires a migré vers le haut sur les glaciers, avec une variation intensive près de la zone d'altitude de la ligne d'équilibre (4500–5500 m d'altitude). L'augmentation de l'activité des avalanches de glace ou de neige à haute altitude peut être responsable de cette expansion vers le haut de la couverture de débris supra-glaciaires dans la vallée de Hunza, qui est attribuée à l'effet combiné de la diminution de la température et de l'augmentation des précipitations dans la zone d'étude.Translated Description (Spanish)
La cubierta de escombros supraglaciales es clave para la ablación de los glaciares a través del aumento (capa de escombros delgada) o la disminución (capa de escombros gruesa) de las tasas de derretimiento, regulando así el equilibrio de masa de un glaciar y su escorrentía de agua de derretimiento. El engrosamiento o expansión lateral de la cubierta de escombros supraglaciales se correlaciona con una reducción de la ablación glaciar y, en consecuencia, de la generación de escorrentía, que también se considera un factor influyente en la reología y la dinámica de un sistema glaciarizado. Los estudios sobre la cubierta de escombros supraglaciales han atraído recientemente una gran atención, especialmente para los glaciares del Himalaya y el Karakórum, donde los glaciares han respondido de manera heterogénea al cambio climático. En este estudio, utilizamos 32 imágenes del archivo Landsat Thematic Mapper, Enhanced Thematic Mapper Plus y Operational Land Imager, que se remontan a 1990, que están disponibles en la plataforma de computación en la nube Google Earth Engine, para mapear la cubierta de escombros supraglaciales en el valle de Hunza, Karakoram, Pakistán, en función de un método de segmentación de la relación de bandas (índice de nieve de diferencia normalizada [NDSI] < 0.4), umbrales de Otsu y algoritmos de aprendizaje automático. En comparación con la digitalización manual, se encontró que el modelo de bosque aleatorio (RF) tiene la mayor precisión en la identificación de desechos supraglaciales, con un coeficiente Kappa de 0.94 ± 0.01 y una precisión general de 95.5 ± 0.9%. En general, la cobertura de escombros supraglaciales en el área de estudio mostró una tendencia creciente, y el área total se expandió en un 8.1-21.3% para varios glaciares de 1990 a 2019. Los otros dos métodos (umbral de Otsu y NDSI < 0.4) generalmente sobreestimaron el área cubierta de desechos supraglaciales, en un 36.3% y 18.8%, respectivamente, en comparación con el modelo de RF. La cubierta de escombros supraglaciales ha migrado hacia arriba en los glaciares, con una variación intensiva cerca de la zona de altitud de la línea de equilibrio (4500–5500 m s.n.m.). El aumento de la actividad de avalanchas de hielo o nieve a grandes altitudes puede ser responsable de esta expansión ascendente de la cubierta de escombros supraglaciales en el valle de Hunza, que se atribuye al efecto combinado de la disminución de la temperatura y el aumento de las precipitaciones en el área de estudio.Files
pdf.pdf
Files
(11.6 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:c5c77d8d790ff9c3c6493e7471a4f827
|
11.6 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التوسع التصاعدي لغطاء الحطام فوق الجليدي في وادي هونزا، كاراكورام، خلال 1990-2019
- Translated title (French)
- Expansion vers le haut de la couverture de débris supraglaciaires dans la vallée de Hunza, Karakoram, entre 1990 et 2019
- Translated title (Spanish)
- Expansión ascendente de la cubierta de escombros supraglaciales en el valle de Hunza, Karakórum, durante 1990-2019
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3045486392
- DOI
- 10.3389/feart.2020.00308
References
- https://openalex.org/W1539898068
- https://openalex.org/W1596717185
- https://openalex.org/W1832320792
- https://openalex.org/W1968657307
- https://openalex.org/W1969319238
- https://openalex.org/W1973200177
- https://openalex.org/W1981213426
- https://openalex.org/W1997764658
- https://openalex.org/W2004962745
- https://openalex.org/W2010882378
- https://openalex.org/W2017562804
- https://openalex.org/W2020028063
- https://openalex.org/W2024695456
- https://openalex.org/W2027476449
- https://openalex.org/W2045927713
- https://openalex.org/W2054522343
- https://openalex.org/W2054831422
- https://openalex.org/W2058063736
- https://openalex.org/W2068323264
- https://openalex.org/W2074113357
- https://openalex.org/W2079353625
- https://openalex.org/W2085585287
- https://openalex.org/W2093936554
- https://openalex.org/W2114727579
- https://openalex.org/W2116564120
- https://openalex.org/W2117706739
- https://openalex.org/W2123338991
- https://openalex.org/W2141169867
- https://openalex.org/W2150337006
- https://openalex.org/W2150948381
- https://openalex.org/W2162762159
- https://openalex.org/W2164453447
- https://openalex.org/W2166808849
- https://openalex.org/W2168601869
- https://openalex.org/W2172201702
- https://openalex.org/W2194600065
- https://openalex.org/W2218047931
- https://openalex.org/W2223774194
- https://openalex.org/W2290326488
- https://openalex.org/W2296636183
- https://openalex.org/W2312384474
- https://openalex.org/W2346416321
- https://openalex.org/W2346943633
- https://openalex.org/W2398968891
- https://openalex.org/W2417989679
- https://openalex.org/W2475745914
- https://openalex.org/W2526838437
- https://openalex.org/W2550188570
- https://openalex.org/W2560167313
- https://openalex.org/W2565584425
- https://openalex.org/W2580437302
- https://openalex.org/W2615177226
- https://openalex.org/W2725897987
- https://openalex.org/W2755224296
- https://openalex.org/W2759002195
- https://openalex.org/W2767018908
- https://openalex.org/W2767846971
- https://openalex.org/W2782835274
- https://openalex.org/W2793927960
- https://openalex.org/W2796065709
- https://openalex.org/W2799821644
- https://openalex.org/W2809094771
- https://openalex.org/W2894048098
- https://openalex.org/W2896101361
- https://openalex.org/W2898442636
- https://openalex.org/W2901296248
- https://openalex.org/W2905312190
- https://openalex.org/W2911207801
- https://openalex.org/W2913454840
- https://openalex.org/W2916558994
- https://openalex.org/W2919267247
- https://openalex.org/W2934984619
- https://openalex.org/W2939689019
- https://openalex.org/W2939821539
- https://openalex.org/W2943963189
- https://openalex.org/W2944043757
- https://openalex.org/W2944190788
- https://openalex.org/W2946106424
- https://openalex.org/W2946731885
- https://openalex.org/W2947582511
- https://openalex.org/W2952015320
- https://openalex.org/W2953683148
- https://openalex.org/W2959543518
- https://openalex.org/W2962335626
- https://openalex.org/W2993515567
- https://openalex.org/W2997088339
- https://openalex.org/W2998879183
- https://openalex.org/W3002594465
- https://openalex.org/W3004778061
- https://openalex.org/W3006567957
- https://openalex.org/W3007906777
- https://openalex.org/W3012700026
- https://openalex.org/W4231591135
- https://openalex.org/W4297957988
- https://openalex.org/W98535568
- https://openalex.org/W99853961