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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 (2019) TerraSAR-X Time Series Fill a Gap in Spaceborne Snowmelt Monitoring of Small Arctic Catchments - A Case Study on Qikiqtaruk (Herschel Island), Canada. In: Ten Years of TerraSAR-X Scientific Results (ISBN = 978-3-03897-724-7) Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). Seiten 386-411. doi: 10.3390/rs10071155. ISBN 978-3-03897-724-7 (Pbk); 978-3-03897-725-4 (PDF). ISSN 2072-4292.

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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/133844/
Dokumentart:Beitrag im Sammelband
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, Samuelsamuel.stettner (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lantuit, HuguesAlfred-Wegener-Institut, Potsdamhttps://orcid.org/0000-0003-1497-6760NICHT SPEZIFIZIERT
Heim, BirgitAlfred-Wegener-Institut, PotsdamNICHT 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:April 2019
Erschienen in:Ten Years of TerraSAR-X Scientific Results (ISBN = 978-3-03897-724-7)
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.3390/rs10071155
Seitenbereich:Seiten 386-411
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Eineder, MichaelDLR-IMFNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Roth, AchimDLR-DFDNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Moreira, AlbertoDLR-IHRNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
ISSN:2072-4292
ISBN:978-3-03897-724-7 (Pbk); 978-3-03897-725-4 (PDF)
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 - TSX/TDX Nutzlastbodensegment
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum > Dynamik der Landoberfläche
Hinterlegt von: Roth, Achim
Hinterlegt am:23 Jan 2020 12:43
Letzte Änderung:23 Jan 2020 12:43

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