Using L-band SAR coherence to delineate glacier extent

AbstractSignificant retreat has been seen in many glaciers worldwide. With increasing concern about the impact of global warming, there has been a concerted effort to monitor ongoing change. Projects such as Global Land Ice Measurements from Space (GLIMS) rely on the contributions of institutions worldwide to update a global database of digital glacier outlines. To a great extent, this effort relies on the manual extraction of glacier area from satellite optical instruments, such as the Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER). Unfortunately, dependence on optical imagery poses two significant challenges. First, clouds preclude the viewing of many glaciers, making periodic measurements impossible. Second, many alpine glaciers have significant debris cover, additionally complicating delineation of glacier extent from optical data. The sensitivity of synthetic aperture radar (SAR) coherence to motion offers a method for detecting glacial extent that is independent of weather and allows for the discrimination of active glaciers, with and without debris cover. In this paper, we describe an automated method for delineating the surface area of two glaciers in Alaska, one with and one without a debris-covered terminus. We use the periodic global observations of the Advanced Land Observing Satellite (ALOS) Phased Array L-band SAR (PALSAR) instrument to generate coherence images. Low coherence serves as our primary indicator of glacial extent. However, coherence can be degraded by dense vegetation and the topography of mountainous areas. Hence we develop a decision tree that also considers phase gradients and mountain slope to identify glacier boundaries. The result is a robust technique for generating digital glacier outlines. Coupled with the comprehensive global acquisitions of ALOS, it suggests a new method for measuring glacier extents around the world.Plusieurs glaciers à l'échelle du monde ont été l'objet d'un recul significatif. Face aux préoccupations croissantes suscitées par l'impact du réchauffement du climat à l'échelle du globe, on assiste à un effort concerté pour faire le suivi des changements présentement en cours. Des projets comme le projet GLIMS (« Global Land Ice Measurements from Space ») comptent sur les contributions d'organismes à travers le monde pour mettre à jour une base de données à l'échelle du globe des contours des glaciers en format numérique. Dans une large mesure, cet effort repose sur l'extraction manuelle des superficies des glaciers à partir de capteurs satellite optiques comme ASTER (« Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer »). Malheureusement, la dépendance sur les images optiques pose deux défis importants. Premièrement, les nuages empêchent de voir de nombreux glaciers, rendant les mesures périodiques impossibles. Deuxièmement, plusieurs glaciers alpins sont recouverts d'un épais couvert de débris, compliquant davantage la délimitation de l'étendue des glaciers à l'aide des données optiques. La sensibilité de la cohérence RSO au mouvement offre une méthode pour la détection de l'étendue de la glace indépendante de la température et qui permet la discrimination des glaciers actifs, avec ou sans couvert de débris. Dans cet article, on décrit une méthode automatisée pour la délimitation de la superficie de deux glaciers en Alaska, l'un avec et l'autre sans terminus recouvert de débris. On utilise les observations périodiques à l'échelle du globe du capteur PALSAR en bande L du satellite ALOS (« Advanced Land Observing Satellite ») pour générer des images de cohérence. Une cohérence faible sert de premier indicateur de l'étendue du glacier. Cependant, la cohérence peut se dégrader au contact de la végétation dense de même que de la topographie des zones montagneuses. Ainsi, on développe un arbre de décision qui prend également en considération les gradients de phase et la pente du versant de montagne pour identifier les limites des glaciers. Le résultat est une technique robuste pour générer les contours numériques des glaciers. Couplée aux acquisitions extensives à l'échelle du globe d'ALOS, la technique propose une nouvelle méthode pour mesurer les étendues des glaciers autour du monde.Traduit par la Rédaction