Sentinel-1 en AI ontdekken gletsjerspleten

[univers]

Wetenschappers hebben een nieuwe kunstmatige intelligentie-techniek ontwikkeld met behulp van radarbeelden van de Europese Copernicus Sentinel-1-satellietmissie, om te onthullen hoe de Thwaites-gletsjerijstong in West-Antarctica wordt beschadigd door samendrukken en uitrekken terwijl het vanuit het midden van de continent naar de kust. Het kunnen volgen van breuken en spleten in het ijs onder de bovenliggende sneeuw is de sleutel tot het beter voorspellen van het lot van drijvende ijstongen onder klimaatverandering.

Een artikel dat vandaag in Nature Geoscience is gepubliceerd, beschrijft hoe ESA's ontwikkeling van de Copernicus Sentinel-1-satellieten en routinematige synthetische apertuurradarbeelden van de kust van Antarctica, gekoppeld aan een nieuw algoritme voor kunstmatige intelligentie, een glaciologie-instrument met forensische wetenschappelijke mogelijkheden heeft opgeleverd.

De auteurs van het artikel - een team van wetenschappers van de Universiteit van Leeds en de Universiteit van Bristol in het VK - ontwikkelden een AI-algoritme, oorspronkelijk gebruikt om cellen in microscoopbeelden te identificeren, om spleten te ontdekken die zich vormen in het ijs in Sentinel-1's radarbeelden van Thwaites Glacier Ice Tongue, zoals te zien is in onderstaande animatie.

Spleten, of scheuren die zich openen in de bewegende ijsmassa, zijn indicatoren voor het opbouwen van spanningen in de gletsjer.


Wetenschappers hebben een nieuwe kunstmatige intelligentie of AI-techniek ontwikkeld met behulp van radarbeelden van de Europese Copernicus Sentinel-1-satellietmissie , om te onthullen hoe de ijstong van de Thwaites-gletsjer in West-Antarctica wordt beschadigd door samendrukken en uitrekken terwijl het vanuit het midden van de continent naar de kust. Het kunnen volgen van breuken en spleten in het ijs onder de bovenliggende sneeuw is de sleutel tot het beter voorspellen van het lot van drijvende ijstongen onder klimaatverandering.
De animatie toont jaarlijkse breukkaarten die zijn gegenereerd door een getraind neuraal netwerk toe te passen op Copernicus Sentinel-1 synthetische apertuurradarbeelden die tussen 2016 en 2021 elk jaar in maart zijn verkregen.

Thwaites is een bijzonder belangrijk onderdeel van de Antarctische ijskap omdat het genoeg ijs bevat om de zeespiegel wereldwijd met ongeveer 60 cm te laten stijgen en door velen wordt beschouwd als het risico van snelle terugtrekking, waardoor kustgemeenschappen over de hele wereld worden bedreigd.

Dit nieuwe gebruik van kunstmatige intelligentie stelt wetenschappers in staat veranderingen in deze belangrijke gletsjer nauwkeuriger te volgen en te modelleren.

Het onderzoek concentreerde zich op een deel van het gletsjersysteem waar het ijs de zee in stroomt en begint te drijven - een punt dat bekend staat als de aardingslijn. Het vormt het begin van de Thwaites Eastern Ice Shelf en de westelijke Thwaites Glacier Ice Tongue, die ook een ijsplaat is.


Thwaites-gletsjer en ijstong in West-Antarctica in beeld gebracht door de Copernicus Sentinel-2-missie op 10 januari 2019. Thwaites is een bijzonder belangrijk onderdeel van de Antarctische ijskap omdat het genoeg ijs bevat om de zeespiegel wereldwijd met ongeveer 60 cm te laten stijgen en wordt beschouwd als velen lopen het risico zich snel terug te trekken, waardoor kustgemeenschappen over de hele wereld worden bedreigd. Onlangs hebben wetenschappers een nieuwe techniek voor kunstmatige intelligentie of AI ontwikkeld met behulp van radarbeelden van de Copernicus Sentinel-1-missieom te onthullen hoe de Thwaites Glacier Ice Tongue wordt beschadigd door samendrukken en uitrekken terwijl deze van het midden van het continent naar de kust stroomt. Het kunnen volgen van breuken en spleten in het ijs onder de bovenliggende sneeuw is de sleutel tot het beter voorspellen van het lot van drijvende ijstongen onder klimaatverandering.

Ondanks dat ze klein zijn in vergelijking met de grootte van de hele gletsjer, kunnen veranderingen in de ijsplaten verstrekkende gevolgen hebben voor het hele gletsjersysteem en de toekomstige zeespiegelstijging.

De wetenschappers wilden weten of spleetvorming of breukvorming in de gletsjer waarschijnlijker was bij veranderingen in de snelheid van de ijsstroom.

Met behulp van machine learning leerden de onderzoekers een computer om naar radarbeelden van de Copernicus Sentinel-1-missie te kijken en veranderingen in het afgelopen decennium te identificeren.


Copernicus Sentinel-1 heeft een geavanceerde synthetische apertuurradar die in verschillende gespecialiseerde modi werkt om gedetailleerde beelden te leveren voor het Europese Copernicus-programma. Deze gegevens zullen worden gebruikt voor toepassingen zoals het monitoren van de oceanen, inclusief scheepvaartroutes, zee-ijs en olielozingen. Het biedt ook gegevens om veranderende landbedekking, bodemvervorming, ijsplaten en gletsjers in kaart te brengen, en kan worden gebruikt om noodhulp te bieden bij rampen zoals overstromingen en om humanitaire hulpverlening in tijden van crisis te ondersteunen.

De weerbestendige radar van Sentinel-1 stelt wetenschappers in staat om ijsbewegingen te volgen en door sneeuwbedekking te turen om het krokodillenhuidachtige uiterlijk van Thwaites Glacier Tongue te onthullen, dat normaal gesproken aan het zicht wordt onttrokken.

Uit de analyse bleek dat de Thwaites Glacier Ice Tongue de afgelopen zes jaar tweemaal is versneld en vertraagd, telkens met ongeveer 40% - van 4 km per jaar tot 6 km per jaar alvorens te vertragen. Dit is een substantiële toename in de omvang en frequentie van snelheidsverandering in vergelijking met eerdere records.

De studie vond een complexe wisselwerking tussen spleetvorming en snelheid van de ijsstroom. Wanneer de ijsstroom versnelt of vertraagt, zullen zich waarschijnlijk meer spleten vormen. Op zijn beurt zorgt de toename van spleten ervoor dat het ijs van snelheid verandert naarmate de wrijving tussen het ijs en de onderliggende rots verandert.

Dr. Anna Hogg, een glacioloog aan de Universiteit van Leeds, zei: "Dynamische veranderingen op ijsplaten vinden traditioneel plaats op tijdschalen van decennia tot eeuwen, dus het was verrassend om deze enorme gletsjer zo snel te zien versnellen en vertragen.

“De studie toont ook de sleutelrol aan die breuken spelen bij het ontkurken van de ijsstroom, een proces dat bekend staat als onstuwing.

"IJskapmodellen moeten worden ontwikkeld om rekening te houden met het feit dat ijs kan breken, waardoor we toekomstige bijdragen aan de zeespiegel nauwkeuriger kunnen meten."


Trystan Surawy-Stepney, hoofdauteur van de paper en een doctoraatsonderzoeker aan de Universiteit van Leeds, voegde eraan toe: "Het mooie van deze studie is de precisie waarmee de spleten in kaart zijn gebracht.

[youtube-2]https://dlmultimedia.esa.int/download/p ... _AR_EN.mp4[/youtube-2]

"Het is al een tijdje bekend dat spleten een belangrijk onderdeel zijn van de dynamiek van ijsplaten en deze studie toont aan dat deze link op grote schaal met een prachtige resolutie kan worden bestudeerd, met behulp van computervisietechnieken die worden toegepast op de stortvloed aan satellietbeelden die elk week."

Satellieten in een baan om de aarde bieden wetenschappers nieuwe gegevens over de meest afgelegen en ontoegankelijke gebieden van Antarctica. Met de radar op Sentinel-1 kunnen plaatsen zoals de Thwaites-gletsjer dag en nacht, elke week en het hele jaar door in beeld worden gebracht.


Thwaites en Pine Island Glaciers liggen in West-Antarctica. Pine Island Glacier is een van de grootste ijsstromen op Antarctica. Het stroomt samen met de Thwaites Ice Stream de Amundsenzee in, en de twee ijsstromen voeren samen ongeveer 5% van de Antarctische ijskap af.

ESA's dr. Mark Drinkwater merkte op: "Studies als deze zouden niet mogelijk zijn zonder de grote hoeveelheid hoge-resolutie Antarctische ijskapbeeldgegevens die door Sentinel-1 worden geleverd.

"Door door te gaan met het plannen en voorbereiden van toekomstige polaire missies, kunnen we dit soort werk blijven ondersteunen en de reikwijdte van wetenschappelijk onderzoek naar vitale gebieden van het klimaatsysteem van de aarde verbreden."

Wat de Thwaites Glacier Ice Tongue betreft, valt nog te bezien of dergelijke veranderingen op korte termijn enige invloed hebben op de dynamiek van de gletsjer op lange termijn, of dat het eenvoudigweg geïsoleerde symptomen zijn van een ijsplaat die bijna aan het einde is.

https://www.esa.int/Applications/Observ ... _crevasses