Ice Dynamics of Union glacier (Antarctica) by means of SAR data

Abstract

É previsto que o manto de gelo da Antártica seja o principal contribuinte para o aumento do nível do mar durante o século XXI. Portanto, o monitoramento da dinâmica do gelo de suas geleiras de descarga é de grande importância para estimar futuras previsões do aumento do nível do mar. Usando técnicas de sensoriamento remoto, combinadas com medições de campo é possível obter uma boa aproximação de sua dinâmica e esta informação ser utilizada como entrada para modelagem glacial. A Geleira Union é uma das principais geleiras de descarga da cadeia de montanhas Ellsworth, Antártica Ocidental, e sua massa de gelo alimenta a plataforma de gelo de Ronne-Filchner. A Geleira Union apresenta sua linha de encalhe abaixo do nível do mar e com um perfil topográfico invertido, caracterizando-a sensível às futuras mudanças na estabilidade da Plataforma de Gelo de Ronne-Filchner. Velocidades de fluxo superficial foram calculadas a partir de imagens SAR Stripmap HIMAGE COSMO-SkyMed do verão austral de 2011-2012 aplicando-se a técnica de offset tracking. Os resultados foram comparados com dados de campo obtidos com GPS diferencial. Foi estimada uma velocidade média de 0.043 (0.0393 SD) m d−1 para o vale principal, com valores máximo de 0.325m d−1 . Um modelo de espessura do gelo foi proposto com base na teoria de fluxo laminar utilizando-se a velocidade superficial combinada com valores de inclinação do terreno, derivada do modelo de elevação TanDEM-X. A espessura do gelo modelada foi comparada com 4107 pontos de radar de penetração de solo (GPR) e apresentou concordância com um desvio médio absoluto de 21.28%. Por fim, taxas de deformação do gelo foram calculadas e relacionadas às características superficiais, e.g. fendas, visíveis em imagens COSMO-SkyMed Spotlight-2 de altíssima resolução. As magnitudes das taxa de deformação podem ser associadas e explicar o ciclo de abertura e fechamento das fendas. Obteve-se magnitudes máximas de −0.078 a−1 e 0.039 a−1 para as forças de tensão de compressão e de extensão, respectivamente.

The Antarctic ice sheet is predicted to be the major contributor to sea-level rise during the XXI century. Therefore, monitoring ice dynamics of outlet glaciers in Antarctica is of great importance to assess future sea-level rise predictions. Glaciers can be studied using remote-sensing techniques, which combined with field measurements can deliver a good approximation of its dynamics, which can be used as input for glacier models. Union Glacier is one of the major outlet glaciers of the Ellsworth Mountains and drains into the Ronne-Filchner Ice Shelf. The grounding line of Union glacier is below sea level and is on a reverse slope, making Union glacier sensible to future changes over the RonneFilchner ice shelf. In this study we acquired high resolution Stripmap HIMAGE SAR images from the COSMO-SkyMed satellite constellation during austral summer of 2011- 2012, and applied SAR offset tracking to compute ice velocities. Then, we compared our derived velocities with field data. Mean values of ice velocity estimated for the main trunk of the glacier are 0.043 (0.0393 SD) m d−1 , with values reaching up to 0.325m d−1 , in agreement with previous studies. A model of ice thickness based on lamellar flow theory is proposed, using estimated surface ice velocity in combination with surface slope derived from TanDEM-X as input data. Comparison of our modeled ice thickness with radar data agree with a mean absolute deviation of 21.28%. Strain rates magnitudes can be associated with crevasse life-cycles. We computed principal strain rates from surface ice velocities in order to assess crevasse formation and closure. We found maximum magnitudes values for the principal-strain rates axes of −0.078 a−1 and 0.039 a−1 , for compression and extension respectively, over selected areas. Thereafter, using high resolution COSMO-SkyMed Spotlight-2 SAR images we establish a relation between surface features and acting strain components.