Abstract:
O manto de Gelo Antártico apresenta um balanço de massa negativo e a componente
balanço de massa superficial é principal fonte de incerteza nas estimativas. O motivo é a
extensa área com médias de precipitação baixas e a intensa deriva da neve pelo vento. Desta
maneira a variabilidade espacial da acumulação da neve deve ser considerado. A presente
tese cumpre o objetivo principal de ampliar o conhecimento na dinâmica deposicional da
neve para a região da cadeia de montanhas Ellsworth na Antártica Ocidental. Dados de 7
perfis estratigráficos em diferentes áreas da geleira junto com as características do microrelevo superficial permitiram a interpretação de ambientes com dinâmica deposicional
distinta. Dados da estação meteorológica instalada em 2013, forneceram um série temporal
de 4 anos com resolução temporal única para a região. Além disso, perfis topográficos
com um gps de alta precisão foram levantados por 72 km ao longo da bacia de drenagem
glacial da Geleira Union. Em conjunto, o levantamento com radar de penetração de solo
(GPR) foi realizado para investigação da estrutura estratigráfica da neve/firn até os 12
m de profundidade. O resultado do primeiro artigo foi um mapa com resolução de 12 m
identificando 6 classes que representam áreas com uma maior ou menor taxa de acumulação
de neve, de maneira relativa uma a outra. A método baseou-se na classificação automática
por análise de cluster da resposta do sinal de 5 imagens de radar COSMO-SkyMed com 2,4
m de resolução, indicando características deposicionais distintas. Utilizou-se também um o
modelo digital de elevação (DEM) TanDEM-X de 12 m de resolução para geração de dados
geoespaciais de declividade, orientação do terreno, exposição ao vento e rugosidade, os
quais foram adicionados como dados de entrada para aprimorar a classificação. No segundo
artigo, realizou-se uma abordagem distinta para identificar os ambientes com maior taxa de
acumulação com base em dois modelos digitais de elevação disponíveis para toda antártica,
o que permite replicar o método para demais áreas com características de neve polar (seca).
Os dois modelos de elevação utilizados foram o TanDEM-X e o recentemente lançado
REMA. A teoria é que penetração do sinal de radar na banda-X, que compõem o produto
TanDEM-X, sofre variação em função das características do pacote de neve. A maior
penetração do sinal na neve está diretamente relacionado a um ambiente com uma maior
taxa de acumulação. Como consequência, a elevação é subestimada no DEM. Quando
comparado ao REMA, derivado por estereoscopia de imagens ópticas, a diferença permitiu
identificar ambientes com maior taxa de acumulação. Ambos modelos foram validados a
partir dos perfis de GPS. A validação do REMA apresentou um valor mediano dos erros
absolutos de impressionantes 0,36 m. Esta abordagem, possibilita também identificar e
delimitar áreas de gelo azul, importantes para o balanço de massa superficial, e zonas de
baixa acumulação. Os perfis de GPR foram utilizados para correlacionar a diferença entre
os dois DEMs com mudança na características da estrutura deposicional do pacote de neve.
Áreas com maiores diferenças indicam uma diferença na taxa de acumulação até 3 vezes
superior. Os resultados ora apresentados apontam para o potencial de desenvolvimento
de um proxy para a investigação da variabilidade do SMB em uma escala continental no
interior da Antártica, o que pode contribuir com a calibração de modelos de SMB.
Antarctica has an important role in regulating the global climate. West Antarctica presents
the more expressive of negative mass balance of Antarctica Ice Sheet. Mass balance studies
assess the contribution of the ice sheet to the ocean. The Union Glacier in the Ellsworth
Mountain Range drains its mass to the Ronne-Filchner Ice Shelf. A key component of
understanding the mass balance of Antarctica is surface snow accumulation because of high
continental areas and spatial variability. Field measurements are challenging to obtain, and
any remote approach aids in understanding this process. In this thesis we present, with a
remote sensing approach, two new methods two assess snow accumulation spacial variability
of the Union Glacier. This glacier is located in Western Antarctica along the Ellsworth
Mountains and drains to the Ronne-Filchner Ice Shelf. Mean surface mass balance (SMB)
estimates range between 0,16 and 0,33 m water equivalent (w.e.) a−1 depending on site
location and method. Despite agreement among studies, these studies did not represent
the high spatial variability in snow deposition dynamics that is caused by relief, wind
transport-driven accumulation, and high sublimation rates. A better understanding of
these processes is required to improve SMB estimates. A Set of field data allowed the
interpretation and classification of three different environments: deposition, erosion, and
redistribution. Geospatial products derived from a high-resolution digital elevation model
improved the automatic classification of these zones. A map delimiting 6 classes from
lowest to highest accumulation rate was generated. For the second method, we validated
the new REMA elevation model, which showed median absolute errors of impressive 0,36
m. Assuming it as the reference surface, we calculated the elevation differences between
REMA and TanDEM-X DEMs. The penetration of the images interferometric signal, which
are used to generate the TanDEM-X model, is influenced by the snowpack characteristics.
The height differences allowed to identify environments with higher accumulation rate, up
to 3 greater. This approach can also be used for tracking blue ice area, important for the
SMB, and low accumulation rate zones. The results point to the potential developing of a
proxy to investigate the SMB variability in a continental scale, which may contribute to
climate models calibration.
