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Detecting mass wasting of Retrogressive Thaw Slumps in spaceborne elevation models using deep learning

Maier, Kathrin und Bernhard, Philipp und Ly, Sophia und Volpi, Michele und Nitze, Ingmar und Li, Shiyi und Hajnsek, Irena (2025) Detecting mass wasting of Retrogressive Thaw Slumps in spaceborne elevation models using deep learning. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 137. Elsevier. doi: 10.1016/j.jag.2025.104419. ISSN 1569-8432.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
3MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1569843225000664

Kurzfassung

Climate change has led to stronger warming in the Arctic, causing higher ground temperatures and extensive permafrost thaw. Retrogressive Thaw Slumps (RTSs) represent one of the most rapid and considerable geomorphological changes in permafrost regions, occurring when ice-rich permafrost is exposed and thaws. However, large-scale quantification of RTS-related mass wasting in Arctic permafrost landscapes is currently lacking, despite its importance to understand impacts on local environments and the global permafrost carbon cycle. Generating differential digital elevation models (dDEMs) from TanDEM-X single-pass Interferometric SAR (InSAR) observations enables us to quantify volume changes induced by rapid permafrost thaw. To extend this capability across the entire Arctic permafrost region, automation in data processing and RTS detection is essential. This study introduces a method that employs deep learning on InSAR-derived dDEMs to map RTSs and quantify volume changes from RTS activity. We chose eleven study sites with a total area of 71 400 km2 to reflect the diverse character of Arctic environments for model training, testing, and inference. Our trained UNet++ model delivers a scalable solution for mapping RTSs and quantifying mass wasting towards a pan-Arctic scale, achieving segmentation accuracies of 0.58 (Intersection over Union) and classification accuracies of 0.75 (F1) on previously unseen test sites, with volume change estimates from model predictions being within 20% of the actual values. We found a total of almost 5000 RTSs active between 2010 and 2021 with volume change rates between 40.75 m3yr−1km for sites in the Siberian to 1164.11 m3yr−1km in the Canadian Arctic.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/220253/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Detecting mass wasting of Retrogressive Thaw Slumps in spaceborne elevation models using deep learning
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Maier, KathrinETH ZürichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bernhard, PhilippGama Remote SensingNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ly, SophiaSwiss Data Science Center, ETH Zurich and EPFL, 8050 Zurich, SwitzerlandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Volpi, MicheleSwiss Data Science Center, ETH ZurichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nitze, IngmarAlfred-Wegener-Institut, PotsdamAlfred Wegener Insitut (AWI)https://orcid.org/0000-0002-1165-6852NICHT SPEZIFIZIERT
Li, ShiyiETH ZürichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hajnsek, IrenaIrena.Hajnsek (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0926-3283198619080
Datum:März 2025
Erschienen in:International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:137
DOI:10.1016/j.jag.2025.104419
Verlag:Elsevier
ISSN:1569-8432
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Permafrost, Digital Elevation Model, TanDEM-X, Siberia Arctic
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 - Polarimetrische SAR-Interferometrie HR
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme > Radarkonzepte
Hinterlegt von: Hajnsek, Dr.rer.nat. Irena
Hinterlegt am:03 Dez 2025 10:18
Letzte Änderung:03 Dez 2025 10:18

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