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TerraSAR-X Time Series Fill a Gap in Spaceborne Snowmelt Monitoring of Small Arctic Catchments - A Case Study on Qikiqtaruk (Herschel Island), Canada

Stettner, Samuel und Lantuit, Hugues und Heim, Birgit und Eppler, Jayson und Roth, Achim und Bartsch, Annett und Rabus, Bernhard (2018) TerraSAR-X Time Series Fill a Gap in Spaceborne Snowmelt Monitoring of Small Arctic Catchments - A Case Study on Qikiqtaruk (Herschel Island), Canada. Remote Sensing, 10 (7), Seiten 1-26. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/rs10071155. ISSN 2072-4292.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: http://dx.doi.org/10.3390/rs10071155

Kurzfassung

The timing of snowmelt is an important turning point in the seasonal cycle of small Arctic catchments. The TerraSAR-X (TSX) satellite mission is a synthetic aperture radar system (SAR) with high potential to measure the high spatiotemporal variability of snow cover extent (SCE) and fractional snow cover (FSC) on the small catchment scale. We investigate the performance of multipolarized and multi-pass TSX X-Band SAR data in monitoring SCE and FSC in small Arctic Tundra catchments of Qikiqtaruk (Herschel Island) off the Yukon Coast in the Western Canadian Arctic. We applied a threshold based segmentation on ratio images between TSX images with wet snow and a dry snow reference, and tested the performance of two different thresholds. We quantitatively compared TSX- and Landsat 8-derived SCE maps using confusion matrices and analyzed the spatiotemporal dynamics of snowmelt from 2015 to 2017 using TSX, Landsat 8 and in situ time lapse data. Our data showed that the quality of SCE maps from TSX X-Band data is strongly influenced by polarization and to a lesser degree by incidence angle. VH polarized TSX data performed best in deriving SCE when compared to Landsat 8. TSX derived SCE maps from VH polarization detected late lying snow patches that were not detected by Landsat 8. Results of a local assessment of TSX FSC against the in situ data showed that TSX FSC accurately captured the temporal dynamics of different snow melt regimes that were related to topographic characteristics of the studied catchments. Both in situ and TSX FSC showed a longer snowmelt period in a catchment with higher contributions of steep valleys and a shorter snowmelt period in a catchment with higher contributions of upland terrain. Landsat 8 had fundamental data gaps during the snowmelt period in all 3 years due to cloud cover. The results also revealed that by choosing a positive threshold of 1 dB, detection of ice layers due to diurnal temperature variations resulted in a more accurate estimation of snow cover than a negative threshold that detects wet snow alone. We find that TSX X-Band data in VH polarization performs at a comparable quality to Landsat 8 in deriving SCE maps when a positive threshold is used. We conclude that TSX data polarization can be used to accurately monitor snowmelt events at high temporal and spatial resolution, overcoming limitations of Landsat 8, which due to cloud related data gaps generally only indicated the onset and end of snowmelt.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/121158/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:TerraSAR-X Time Series Fill a Gap in Spaceborne Snowmelt Monitoring of Small Arctic Catchments - A Case Study on Qikiqtaruk (Herschel Island), Canada
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Stettner, SamuelNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lantuit, HuguesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Heim, BirgitNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Eppler, JaysonNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Roth, AchimAchim.Roth (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bartsch, AnnettNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rabus, BernhardNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:21 Juli 2018
Erschienen in:Remote Sensing
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:10
DOI:10.3390/rs10071155
Seitenbereich:Seiten 1-26
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
ISSN:2072-4292
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Snow Cover Extent (SCE); TerraSAR-X; Landsat; wet snow; small Arctic catchments; satellite time series
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Fernerkundung u. Geoforschung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum > Landoberfläche
Hinterlegt von: Roth, Achim
Hinterlegt am:30 Jul 2018 10:32
Letzte Änderung:27 Jan 2020 10:10

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