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Retrieval of snow and soil properties for forward radiative transfer modeling of airborne Ku-band SAR to estimate snow water equivalent: the Trail Valley Creek 2018/19 snow experiment

Montpetit, Benoit und King, Joshua und Meloche, Julien und Derksen, Chris und Siqueira, Paul und Adam, J.Max und Toose, Peter und Brady, Mike und Wendleder, Anna und Vionnet, Vincent und Leroux, Nicholas (2024) Retrieval of snow and soil properties for forward radiative transfer modeling of airborne Ku-band SAR to estimate snow water equivalent: the Trail Valley Creek 2018/19 snow experiment. The Cryosphere, 18 (8), Seiten 3857-3874. Copernicus Publications. doi: 10.5194/tc-18-3857-2024. ISSN 1994-0416.

Dieses Archiv kann nicht den Volltext zur Verfügung stellen.

Offizielle URL: https://tc.copernicus.org/articles/18/3857/2024/

Kurzfassung

Accurate snow information at high spatial and temporal resolution is needed to support climate services, water resource management, and environmental prediction services. However, snow remains the only element of the water cycle without a dedicated Earth observation mission. The snow scientific community has shown that Ku-band radar measurements provide quality snow information with its sensitivity to snow water equivalent and the wet/dry state of snow. With recent developments of tools like the snow micropenetrometer (SMP) to retrieve snow microstructure data in the field and radiative transfer models like the Snow Microwave Radiative Transfer (SMRT) model, it becomes possible to properly characterize the snow and how it translates into radar backscatter measurements. An experiment at Trail Valley Creek (TVC), Northwest Territories, Canada, was conducted during the winter of 2018/19 in order to characterize the impacts of varying snow geophysical properties on Ku-band radar backscatter at a 100 m scale. Airborne Ku-band data were acquired using the University of Massachusetts radar instrument. This study shows that it is possible to calibrate SMP data to retrieve statistical information on snow geophysical properties and properly characterize a representative snowpack at the experiment scale. The tundra snowpack measured during the campaign can be characterize by two layers corresponding to a rounded snow grain layer and a depth hoar layer. Using RADARSAT-2 and TerraSAR-X data, soil background roughness properties were retrieved (), and it was shown that a single value could be used for the entire domain. Microwave snow grain size polydispersity values of 0.74 and 1.11 for rounded and depth hoar snow grains, respectively, were retrieved. Using the geometrical optics surface backscatter model, the retrieved effective soil permittivity increased from C-band (εsoil=2.47) to X-band (εsoil=2.61) and to Ku-band (εsoil=2.77) for the TVC domain. Using the SMRT and the retrieved soil and snow parameterizations, an RMSE of 2.6 dB was obtained between the measured and simulated Ku-band backscatter values when using a global set of parameters for all measured sites. When using a distributed set of soil and snow parameters, the RMSE drops to 0.9 dB. This study thus shows that it is possible to link Ku-band radar backscatter measurements to snow conditions on the ground using a priori knowledge of the snow conditions to retrieve snow water equivalent (SWE) at the 100 m scale.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/206175/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Retrieval of snow and soil properties for forward radiative transfer modeling of airborne Ku-band SAR to estimate snow water equivalent: the Trail Valley Creek 2018/19 snow experiment
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Montpetit, BenoitEnvironment and Climate Change Canada, Ottawa, ON, CanadaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
King, JoshuaEnvironment and Climate Change Canada, Ottawa, ON, CanadaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Meloche, JulienUniversité de Sherbrooke, Département de Géomatique Appliquée à l’EnvironnementNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Derksen, ChrisEnvironment and Climate Change Canada, Ottawa, ON, CanadaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Siqueira, PaulUniversity of MassachusettsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Adam, J.MaxUniversity of MassachusettsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Toose, PeterEnvironment and Climate Change Canada, Ottawa, ON, CanadaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Brady, MikeEnvironment and Climate Change Canada, Ottawa, ON, CanadaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wendleder, AnnaAnna.Wendleder (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0005-1534-4732NICHT SPEZIFIZIERT
Vionnet, VincentEnvironment and Climate Change Canada, Meteorological Research DivisionNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Leroux, NicholasEnvironment and Climate Change Canada, Meteorological Research DivisionNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:28 August 2024
Erschienen in:The Cryosphere
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:18
DOI:10.5194/tc-18-3857-2024
Seitenbereich:Seiten 3857-3874
Verlag:Copernicus Publications
Name der Reihe:The Cryosphere
ISSN:1994-0416
Status:veröffentlicht
Stichwörter:SAR, snow, SWE, SMRT, terrabyte, Ku-Band, RadarSAR-2, TerraSAR-X
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 - HPDA-Nutzung, R - Fernerkundung u. Geoforschung, R - Geoprodukte u. - Systeme, Services
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum > Internationales Bodensegment
Hinterlegt von: Wendleder, Anna
Hinterlegt am:07 Nov 2024 13:58
Letzte Änderung:07 Nov 2024 13:58

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