Published May 6, 2010 | Version v1
Publication Open

Monitoring ice shelf velocities from repeat MODIS and Landsat data – a method study on the Larsen C ice shelf, Antarctic Peninsula, and 10 other ice shelves around Antarctica

Creators

  • 1. University of Oslo
  • 2. Argentine Antarctic Institute

Description

Abstract. We investigate the velocity field of the Larsen C ice shelf, Antarctic Peninsula, over the periods 2002–2006 and 2006–2009 based on repeat optical satellite data. The velocity field of the entire ice shelf is measured using repeat low resolution MODIS data (250 m spatial resolution). The measurements are validated for two ice shelf sections against repeat medium resolution Landsat 7 ETM + pan data (15 m spatial resolution). Horizontal surface velocities are obtained through image matching using both orientation correlation operated in the frequency domain and normalized crosscorrelation operated in the spatial domain, and the two methods compared. The uncertainty in the displacement measurements turns out to be about one fourth of the pixel size for the MODIS derived data, and about one pixel for the Landsat derived data. The difference between MODIS and Landsat based speeds is −15.4 m a−1 and 13.0 m a−1, respectively, for the first period for the two different validation sections on the ice shelf, and −26.7 m a−1 and 27.9 m a−1 for the second period for the same sections. This leads us to conclude that repeat MODIS images are well suited to measure ice shelf velocity fields and monitor their changes over time. Orientation correlation seems better suited for this purpose because it produces fewer mismatches, is able to match images with regular noise and data voids, and is faster. Since it can match images with regular data voids it is possible to match Landsat 7 ETM+ images even after the 2003 failure of the Scan Line Corrector (SLC off) that leaves significant image stripes with no data. Image matching based on the original 12-bit radiometric resolution MODIS data produced slightly better results than using the 8-bit version of the same images. Streamline interpolation from the obtained surface velocity field on Larsen C indicates ice travel times of up to 450 to 550 years between the inland boundary and the ice shelf edge. In a second step of the study we test our method successfully on 10 other ice shelves around Antarctica demonstrating that the approach presented could in fact be used for large scale monitoring of ice shelf dynamics.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الملخص. نقوم بالتحقيق في مجال السرعة للجرف الجليدي لارسن سي، شبه الجزيرة القطبية الجنوبية، خلال الفترتين 2002–2006 و 2006–2009 بناءً على بيانات الأقمار الصناعية البصرية المتكررة. يتم قياس مجال السرعة للجرف الجليدي بأكمله باستخدام بيانات MODIS متكررة منخفضة الدقة (دقة مكانية 250 متر). يتم التحقق من صحة القياسات لقسمين من الجرف الجليدي مقابل تكرار بيانات Landsat 7 ETM + PAN متوسطة الدقة (دقة مكانية 15 مترًا). يتم الحصول على سرعات السطح الأفقية من خلال مطابقة الصورة باستخدام كل من ارتباط الاتجاه الذي يعمل في مجال التردد والارتباط التبادلي المعياري الذي يعمل في المجال المكاني، ومقارنة الطريقتين. تبين أن عدم اليقين في قياسات الإزاحة هو حوالي ربع حجم البكسل للبيانات المشتقة من MODIS، وحوالي بكسل واحد للبيانات المشتقة من Landsat. الفرق بين سرعات MODIS و Landsat هو −15.4 m a−1 و 13.0 m a−1، على التوالي، للفترة الأولى لقسمي التحقق المختلفين على الجرف الجليدي، و −26.7 m a−1 و 27.9 m a−1 للفترة الثانية لنفس الأقسام. يقودنا هذا إلى استنتاج أن صور MODIS المتكررة مناسبة تمامًا لقياس حقول سرعة الجرف الجليدي ومراقبة تغيراتها بمرور الوقت. يبدو ارتباط الاتجاه أكثر ملاءمة لهذا الغرض لأنه ينتج عددًا أقل من عدم التطابق، وهو قادر على مطابقة الصور مع الضوضاء العادية وفراغات البيانات، وهو أسرع. نظرًا لأنه يمكن أن يتطابق مع الصور مع فراغات البيانات العادية، فمن الممكن مطابقة صور Landsat 7 ETM+ حتى بعد فشل مصحح خط المسح الضوئي (إيقاف تشغيل SLC) في عام 2003 والذي يترك خطوطًا كبيرة للصور بدون بيانات. أنتجت مطابقة الصور استنادًا إلى بيانات MODIS الأصلية ذات الدقة الإشعاعية 12 بت نتائج أفضل قليلاً من استخدام الإصدار 8 بت من نفس الصور. يشير تبسيط الاستيفاء من مجال السرعة السطحية التي تم الحصول عليها على لارسن سي إلى أوقات انتقال الجليد التي تصل إلى 450 إلى 550 عامًا بين الحدود الداخلية وحافة الجرف الجليدي. في خطوة ثانية من الدراسة، اختبرنا طريقتنا بنجاح على 10 جروف جليدية أخرى حول القارة القطبية الجنوبية مما يدل على أن النهج المقدم يمكن استخدامه في الواقع لرصد ديناميكيات الجرف الجليدي على نطاق واسع.

Translated Description (French)

Résumé. Nous étudions le champ de vitesse de la plate-forme de glace Larsen C, péninsule Antarctique, sur les périodes 2002–2006 et 2006–2009 sur la base de données satellitaires optiques répétées. Le champ de vitesse de l'ensemble de la plate-forme de glace est mesuré à l'aide de données MODIS à basse résolution répétées (résolution spatiale de 250 m). Les mesures sont validées pour deux sections de la plate-forme de glace par rapport aux données Landsat 7 ETM + PAN à résolution moyenne répétée (résolution spatiale de 15 m). Les vitesses de surface horizontales sont obtenues par appariement d'images en utilisant à la fois une corrélation d'orientation opérée dans le domaine fréquentiel et une intercorrélation normalisée opérée dans le domaine spatial, et les deux méthodes sont comparées. L'incertitude dans les mesures de déplacement s'avère être d'environ un quart de la taille des pixels pour les données dérivées de MODIS, et d'environ un pixel pour les données dérivées de Landsat. La différence entre les vitesses basées sur MODIS et Landsat est de −15,4 m a−1 et 13,0 m a−1, respectivement, pour la première période pour les deux sections de validation différentes sur la plate-forme de glace, et −26,7 m a−1 et 27,9 m a−1 pour la deuxième période pour les mêmes sections. Cela nous amène à conclure que les images MODIS répétées sont bien adaptées pour mesurer les champs de vitesse de la plate-forme de glace et surveiller leurs changements au fil du temps. La corrélation d'orientation semble mieux adaptée à cet effet car elle produit moins de discordances, est capable de faire correspondre des images avec du bruit régulier et des vides de données, et est plus rapide. Comme il peut faire correspondre des images avec des vides de données réguliers, il est possible de faire correspondre des images Landsat 7 ETM+ même après la défaillance en 2003 du correcteur de ligne de balayage (SLC OFF) qui laisse des bandes d'image importantes sans données. La correspondance d'images basée sur les données MODIS de résolution radiométrique d'origine de 12 bits a produit des résultats légèrement meilleurs que l'utilisation de la version 8 bits des mêmes images. L'interpolation de la ligne de courant à partir du champ de vitesse de surface obtenu sur Larsen C indique des temps de déplacement de la glace allant de 450 à 550 ans entre la limite intérieure et le bord de la plate-forme de glace. Dans une deuxième étape de l'étude, nous testons notre méthode avec succès sur 10 autres plates-formes de glace autour de l'Antarctique, démontrant que l'approche présentée pourrait en fait être utilisée pour la surveillance à grande échelle de la dynamique des plates-formes de glace.

Translated Description (Spanish)

Resumen. Investigamos el campo de velocidad de la plataforma de hielo Larsen C, Península Antártica, durante los períodos 2002–2006 y 2006–2009 a partir de datos repetidos de satélites ópticos. El campo de velocidad de toda la plataforma de hielo se mide utilizando datos MODIS repetidos de baja resolución (resolución espacial de 250 m). Las mediciones se validan para dos secciones de plataforma de hielo con datos repetidos de resolución media Landsat 7 ETM + pan (resolución espacial de 15 m). Las velocidades superficiales horizontales se obtienen a través de la coincidencia de imágenes utilizando tanto la correlación de orientación operada en el dominio de la frecuencia como la correlación cruzada normalizada operada en el dominio espacial, y los dos métodos comparados. La incertidumbre en las mediciones de desplazamiento resulta ser aproximadamente un cuarto del tamaño de píxel para los datos derivados de MODIS, y aproximadamente un píxel para los datos derivados de Landsat. La diferencia entre las velocidades basadas en MODIS y Landsat es de −15.4 m a −1 y 13.0 m a −1, respectivamente, para el primer período para las dos secciones de validación diferentes en la plataforma de hielo, y −26.7 m a −1 y 27.9 m a −1 para el segundo período para las mismas secciones. Esto nos lleva a concluir que las imágenes MODIS repetidas son adecuadas para medir los campos de velocidad de la plataforma de hielo y monitorear sus cambios a lo largo del tiempo. La correlación de orientación parece más adecuada para este propósito porque produce menos desajustes, es capaz de emparejar imágenes con ruido regular y vacíos de datos, y es más rápida. Dado que puede hacer coincidir imágenes con vacíos de datos regulares, es posible hacer coincidir imágenes Landsat 7 ETM+ incluso después de la falla de 2003 del Corrector de línea de escaneo (SLC OFF) que deja franjas de imagen significativas sin datos. La coincidencia de imágenes basada en los datos originales de MODIS de resolución radiométrica de 12 bits produjo resultados ligeramente mejores que el uso de la versión de 8 bits de las mismas imágenes. La interpolación aerodinámica del campo de velocidad superficial obtenido en Larsen C indica tiempos de viaje del hielo de hasta 450 a 550 años entre el límite interior y el borde de la plataforma de hielo. En un segundo paso del estudio, probamos nuestro método con éxito en otras 10 plataformas de hielo alrededor de la Antártida, lo que demuestra que el enfoque presentado podría usarse para el monitoreo a gran escala de la dinámica de la plataforma de hielo.

Files

tc-4-161-2010.pdf.pdf

Files (2.8 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:100b0ab479cf3c8921dcbcaa856c9700
2.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
مراقبة سرعات الجرف الجليدي من تكرار بيانات MODIS و Landsat – دراسة منهجية حول الجرف الجليدي Larsen C وشبه الجزيرة القطبية الجنوبية و 10 جروف جليدية أخرى حول القارة القطبية الجنوبية
Translated title (French)
Surveillance des vitesses de la plate-forme glaciaire à partir de données MODIS et Landsat répétées – une étude méthodologique sur la plate-forme glaciaire Larsen C, la péninsule Antarctique et 10 autres plates-formes glaciaires autour de l'Antarctique
Translated title (Spanish)
Monitoreo de las velocidades de las plataformas de hielo a partir de datos repetidos de MODIS y Landsat: un estudio del método en la plataforma de hielo Larsen C, la Península Antártica y otras 10 plataformas de hielo alrededor de la Antártida

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2171717821
DOI
10.5194/tc-4-161-2010

Is supplement to
https://openalex.org/W2940713566 (Other)
https://openalex.org/W2750395776 (Other)
https://openalex.org/W2200307848 (Other)
https://openalex.org/W2161198985 (Other)
https://openalex.org/W2122856413 (Other)
https://openalex.org/W2120090921 (Other)
https://openalex.org/W205239035 (Other)
https://openalex.org/W2011726212 (Other)
https://openalex.org/W1990148839 (Other)
https://openalex.org/W1988952638 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1963623641
  • https://openalex.org/W1965401951
  • https://openalex.org/W1966147129
  • https://openalex.org/W1966430619
  • https://openalex.org/W1971451655
  • https://openalex.org/W1974455697
  • https://openalex.org/W1982616895
  • https://openalex.org/W1989199622
  • https://openalex.org/W1989794315
  • https://openalex.org/W2003245671
  • https://openalex.org/W2010103619
  • https://openalex.org/W2011245634
  • https://openalex.org/W2018374287
  • https://openalex.org/W2032930731
  • https://openalex.org/W2035065301
  • https://openalex.org/W2038697952
  • https://openalex.org/W2046607706
  • https://openalex.org/W2060697300
  • https://openalex.org/W2061839064
  • https://openalex.org/W2073504415
  • https://openalex.org/W2084481702
  • https://openalex.org/W2086275337
  • https://openalex.org/W2090846569
  • https://openalex.org/W2096217453
  • https://openalex.org/W2100605672
  • https://openalex.org/W2108839864
  • https://openalex.org/W2115365480
  • https://openalex.org/W2118046132
  • https://openalex.org/W2119789001
  • https://openalex.org/W2123896593
  • https://openalex.org/W2128132125
  • https://openalex.org/W2129034749
  • https://openalex.org/W2132858992
  • https://openalex.org/W2139568958
  • https://openalex.org/W2147555557
  • https://openalex.org/W2155845093
  • https://openalex.org/W2161283226
  • https://openalex.org/W4231038741
  • https://openalex.org/W4237405515
  • https://openalex.org/W4242194446
  • https://openalex.org/W4242562971
  • https://openalex.org/W4249834936