I ricercatori dell'Università dell'Alaska Fairbanks hanno sviluppato un modo per utilizzare il radar per rilevare zone di acque aperte e altri cambiamenti nei fiumi ghiacciati dell'Alaska all'inizio dell'inverno. L'approccio può essere automatizzato per fornire mappe dei pericoli attuali ed è applicabile nell'Artico e nel sub-Artico.
Molti abitanti dell'Alaska, soprattutto nelle zone rurali dello stato, utilizzano i fiumi come autostrade ghiacciate invernali per viaggiare tra le comunità o per svago, caccia e pesca. Le zone di acqua aperta nel ghiaccio del fiume possono essere pericolose.
Il nuovo metodo è descritto in dettaglio in un articolo pubblicato il 13 marzo sulla rivista Remote Sensing of Environment.
La scienziata di telerilevamento Melanie Engram del Water and Environmental Research Center presso l'UAF Institute of Northern Engineering ha guidato la ricerca.
I coautori includono Franz Meyer dell'Istituto Geofisico dell'UAF; Dana Brown, Sarah Clement e Katie Spellman del Centro internazionale di ricerca artica dell'UAF; e Allen Bondurant, Laura Oxtoby e Christopher Arp del Water and Environmental Research Center.
"Il riscaldamento artico ha cambiato il modo in cui i fiumi congelano e ha avuto un impatto sui viaggi fluviali rurali invernali a causa dei successivi gelati, delle zone di acqua aperta in pieno inverno e delle rotture precoci", scrivono gli autori.
Ricerche precedenti di altri si erano concentrate solo su uno o due tratti fluviali in Canada e sui climi temperati in Lituania.
Engram e i suoi colleghi dell'UAF hanno utilizzato dati radar ad apertura sintetica provenienti da 12 tratti su otto fiumi dell'Alaska per creare un sistema di classificazione del ghiaccio fluviale che può essere utilizzato alle alte latitudini settentrionali da ottobre a gennaio. Il periodo di tempo si conclude con gennaio perché a quel punto gli utenti del fiume di solito condividono le posizioni in acque libere. Anche il ghiaccio del fiume diventa più complesso nel corso dell'inverno. Altre classificazioni del ghiaccio fluviale basate sul SAR si concentrano sul ghiaccio primaverile durante la disgregazione.
"Questo può essere personalizzato e automatizzato per tutti i fiumi di latitudine settentrionale per fornire mappe attuali delle zone di acque libere", ha affermato Engram. "Non è progettato solo per l'Alaska."
Il radar ad apertura sintetica può penetrare le nuvole e altre condizioni atmosferiche come foschia, nebbia e pioggia. Questo perché il SAR opera nella porzione a microonde dello spettro elettromagnetico, che ha lunghezze d'onda maggiori rispetto alla luce visibile.
La tecnologia SAR è ampiamente utilizzata per il monitoraggio ambientale, l'agricoltura, la gestione delle catastrofi e la difesa.
Engram e il team hanno perfezionato e convalidato l'elaborazione dei dati per ridurre le classificazioni a quattro:ghiaccio, acque libere, ghiaccio meno certo e acque libere meno certe. Per fare ciò, hanno lavorato con due tipi di dati radar:verticale-verticale e verticale-orizzontale.
Per verticale-verticale, l'onda elettromagnetica sia del raggio radar trasmesso che di quello restituito presenta picchi e valli, simili alla salita e alla caduta delle onde dell'oceano.
Per l'orizzontale verticale, l'onda elettromagnetica trasmessa è come le onde dell'oceano, ma l'onda che ritorna dall'oggetto mirato è orientata da un lato all'altro, in modo simile a come si muove un serpente.
Questo è importante perché le diverse combinazioni possono rivelare diverse caratteristiche dei dati.
I dati sono influenzati anche dall'angolo con cui il raggio radar stesso è puntato verso un bersaglio. Angoli diversi possono fornire prospettive diverse e, quindi, informazioni diverse.
Engram ha utilizzato i dati del satellite Sentinel-1 dell'Agenzia spaziale europea. Questi dati vengono archiviati presso l'Alaska Satellite Facility dell'UAF.
I ricercatori hanno poi confrontato i dati SAR con le foto aeree, il campo visivo di dozzine di telecamere a terra, le foto aeree, le osservazioni sul ghiaccio e i rapporti dei membri della comunità che hanno caricato le osservazioni sul portale degli osservatori.
"Avevamo telecamere a terra in tutto lo stato e ogni giorno scattavano foto del fiume", ha detto Engram. "E ci siamo consultati con le comunità, chiedendo "Cosa è importante per te?"
Engram ha scelto sezioni di otto fiumi:Colville, Noatak, Tanana, Yukon, Kantishna, Innoko, Copper e Kuskokwim, elencati qui in ordine decrescente di latitudine.
Il team ha selezionato località con diversi volumi di fiumi, larghezze, tipi di canali e contenuto di limo glaciale. Hanno inoltre scelto luoghi sia nella tundra che nella foresta boreale, nonché in corrispondenza delle variazioni delle condizioni del permafrost nelle vicinanze.
"Con questa classificazione del ghiaccio, stiamo cercando di distinguere tra ghiaccio e buchi aperti nel ghiaccio", ha detto Engram. "Sono stati condotti molti studi, soprattutto in Canada, esaminando diversi tipi di ghiaccio. Noi non l'abbiamo fatto. Abbiamo semplicemente optato per ghiaccio e acque libere."
Engram ha elogiato l'Alaska Satellite Facility, che ospita i dati.
"Siamo davvero fortunati perché gli scienziati hanno accesso a tali dati, non solo presso l'Università dell'Alaska Fairbanks, ma in tutto il mondo", ha affermato. "L'Alaska Satellite Facility ha reso i dati SAR molto più utilizzabili per qualsiasi tipo di scienziato. Non è necessario essere uno specialista SAR."
Ulteriori informazioni: Melanie Engram et al, Rilevamento delle zone di acque libere all'inizio dell'inverno sui fiumi dell'Alaska utilizzando il radar ad apertura sintetica (SAR) Sentinel-1 in banda C a doppia polarizzazione, Rilevamento remoto dell'ambiente (2024). DOI:10.1016/j.rse.2024.114096
Fornito dall'Università dell'Alaska Fairbanks
