TerraSAR-X basierte Klassifizierung von Gletscherzonen: Monitoring von Axel Heiberg, Devon Ice Cap und Manson Icefield zwischen 2017 und 2023

Kurzfassung

Seit Beginn des Industriezeitalters hat sich die Erde um etwa 1°C erwärmt und es wird erwartet, dass sich diese Erwärmung im 21. Jahrhundert fortsetzt (Bush u. a. 2019). Diese Veränderungen wirken sich auch auf die Kryosphäre aus, insbesondere auf die Gletscher in den kanadischen arktischen Regionen wie den Queen-Elizabeth-Inseln, die etwa 14% der vergletscherten Fläche der Erde außerhalb der Eisschilde Grönlands und der Antarktis ausmachen (Flato u. a. 2019; Sharp u. a. 2011). Zu den bedeutendsten Gletschergebieten im kanadischen Archipel zählen die Axel Heiberg Insel, die Devon Ice Cap und das Manson Icefield auf Ellesmere Island. Diese Studie untersucht die zeitliche und räumliche Variabilität der Gletscherzonen in diesen drei Gebieten von 2017 bis 2023. Hierfür wurde ein konsistenter Ansatz zur automatisierten Klassifizierung der Gletscherzonen entwickelt, der auf hochauflösenden TerraSAR-X ScanSAR-Daten mit einer zeitlichen Abtastung von 11 Tagen basiert. Zusätzlich wurden digitale Höhenmodelle und Lufttemperaturen von nahegelegenen Wetterstationen verwendet, um die Auswirkungen der Temperatur auf die Gletscherzonen zu bewerten. Fünf Radargletscherzonen aus der Literatur wurden übernommen und für die Klassifikation festgelegt: Trockenschneezone (Dry Snow Zone), Perkolationszone (Frozen-Percolation Zone), Aufeiszone (Superimposed Ice Zone), Eiszone (Bare Ice Zone) und Nassschneezone (Wet Snow Zone). Die Schwellenwerte für die HH-Intensität in Gamma-Naught (γ 0 ) wurden durch eigene Analysen und Literaturvergleiche bestimmt, um die gemessenen Rückstreuwerte den entsprechenden Gletscherklassen zuordnen zu können. Zum ersten Mal wurden die Gletscherzonen der drei Gebiete über mehrere Jahre hinweg kartiert und miteinander verglichen, was umfassende Erkenntnisse über die Gletscherklassen in den untersuchten Regionen ermöglicht hat. Die Ergebnisse zeigen, dass Axel Heiberg schneller auf wärmeres Wetter reagiert, während die Devon Ice Cap und das Manson Icefield länger für den Übergang in die Ablationsphase benötigen. In Axel Heiberg beginnt die Ablationsphase typischerweise Anfang Juni und endet Anfang August, während sie in der Devon Ice Cap und im Manson Icefield erst Mitte Juni beginnt und bis Mitte bis Ende August andauert. Diese Unterschiede sind auf die geografische Lage und die damit verbundenen Witterungseinflüsse zurückzuführen. Obwohl der Temperaturanstieg über den Gefrierpunkt die Ausdehnung der Nassschneeflächen beeinflusst, führt dies nicht zwangsläufig zu einer proportional größeren Fläche. Die maximalen Ausdehnungen der Nassschneeflächen haben in Axel Heiberg und der Devon Ice Cap jedoch tendenziell zugenommen. Axel Heiberg verzeichnete einen Anstieg der Nassschneeausdehnung von 38% im Sommer 2017 auf 73% im Sommer 2022. Bei der Devon Ice Cap stieg die maximale Ausdehnung von 61% im Sommer 2017 auf 90% im Sommer 2022, bevor sie 2023 auf 71% zurückging. Diese Beobachtungen deuten auf signifikante Veränderungen der Sommerbedingungen hin, wobei die Daten zeigen, dass die maximalen Nassschneeflächen auch ohne kontinuierlichen Temperaturanstieg tendenziell größer werden. Ein weiteres wichtiges Ergebnis der Studie ist die kontinuierliche Zunahme der Bare Ice Zone auf Axel Heiberg während der Ablationsphase von 15% im Sommer 2017 auf 29% im Sommer 2023. In der Devon Ice Cap ist dieser Trend weniger ausgeprägt, da die Bare Ice Zone von 22% im Sommer 2017 auf 26% im Sommer 2022 anwuchs, wobei es zwischendurch zu Schwankungen kam. Im Manson Icefield blieb die Bare Ice Zone von Sommer 2017 bis Sommer 2020 konstant. Die Studie zeigt, dass die Dynamik von Gletschergebieten nicht ausschließlich durch die Lufttemperatur erklärt werden kann. Es ist davon auszugehen, dass auch andere klimatische Faktoren, wie beispielsweise Niederschlag und Sonneneinstrahlung eine wichtige Rolle spielen könnten. Sie verdeutlicht die Herausforderungen bei der Untersuchung großer vergletscherter Gebiete mit begrenzten Wetterstationen, wie sie in unserer Studie auftreten. Zudem unterstreicht sie die Notwendigkeit eines umfassenderen Beobachtungszeitraums, um zuverlässige Aussagen über sich ändernde Klimabedingungen zu treffen. Mit TerraSAR-X-Daten kann jedoch die Überwachung von Gletschergebieten einfach, regelmäßig und flächendeckend durchgeführt werden. Diese Satellitendaten bieten nicht nur eine präzise und umfassende Grundlage für die Analyse von Gletscherveränderungen, sondern ermöglichen auch die Erfassung von Daten über große und schwer zugängliche Regionen. Durch die hohe Auflösung und Wiederholrate der TerraSAR-X-Daten können selbst subtile Veränderungen in den Gletscherzonen genau überwacht werden. Dies verbessert nicht nur die Qualität der Analyse, sondern ermöglicht auch frühzeitige Erkennung von Veränderungen, die für das Verständnis der Gletscherdynamik und die Bewertung der Auswirkungen von Klimafaktoren von entscheidender Bedeutung sind.