Radarmålinger gir 3D-kart av snø og is

Radarmålinger gir 3D-kart av snø og is

21. august 2018

Havis og isbreer i polområdene kan nå kartlegges – ikke bare i utbredelse, men også i dybden.

Tekst: Vibeke Os, UiT.

Det er allerede utviklet metoder for å kartlegge utbredelse av sjøis, men hva som skjuler seg nedover i ismassene er fortsatt ikke enkelt å finne ut av med mindre man går løs på isen med hakke og spade.

Men nå skal lagdelingen nedover i snø og ismasser kunne måles på langt hold, fysiker Temesgen Gebrie Yitayew ved UiT/Norut har nettopp utviklet en metode der radar kan brukes for å lese av kvaliteten i flere meter tykke lag av snø og is og potensialet til denne metoden er stort. Ikke bare kan den brukes til å avlese tykkelse og lagdeling i flerårig havis, men også til avlese klimahistorikk fra verdens gjenværende isbreer.

Metoden hans ble nylig presentert i en doktorgradsavhandling der han beskriver hvordan parallelle radarmålinger (SAR – Synthetic Aperture Radar) kan gi bedre dybdemåling og bokstavelig talt en ny dimensjon i forskning på snø og is.

Longyearbyen - Ny-Ålesund

Yitayew jobber nå i Norut med implementering av sine nye oppdagelser, blant annet skal isbreer på Svalbard kartlegges med denne metoden.

Forskningsgruppen han tilhører skal bruke fly som går mellom Ny-Ålesund og Longyearbyen til radarmålinger. Ruteflyene blir dermed brukt i forskningens tjeneste, påmontert radarer som mater fysikerne med data om isbreene som ligger i leia.

Årstidenes skiftende temperaturer gjør at isen får et bestemt vekstmønster, nærmest som årringer i et tre, og dette kan ifølge fysikeren blant annet brukes til å bestemme alder på isbreen og til å avlese klimaet da de ulike islagene ble dannet.

Vil skille pudder, skare og is

Men arbeidet med å finne en metode for dybdemålinger av snø og is startet i Tromsø, nærmere bestemt ved Tromsø bys friluftsperle Prestvannet, og i Kattfjorden på yttersiden av Kvaløya.

- Vi trengte ikke dra langt for å gjøre de først bakkebaserte radarmålingene, bekrefter Yitayew. Solid is fant han både på Prestvannet og i Kattfjorden.

- Vi ville fremstille tredimensjonale bilder av isdekket og med det kunne si noe om den lagvise inndelingen fra de øverste snølagene og helt ned til vannskorpa, der målet var å kunne skille mellom eksempelvis puddersnø, skare og stålis.

Parallelle målinger gir 3D-informasjon

En enkelt radarmåling kan visstnok ikke kunne gi dybdeinformasjon, bare om det finnes is eller ikke, derfor ble flere parallelle målinger satt opp samtidig som han målte snøtykkelse oppå isen og boret hull for å finne tykkelse på isen.

Uventet presis

- Metoden vi utviklet kunne si noe om lagdelingen, for eksempel sukkersnø, fokksnø, glaserte lag eller stålis dersom forskjellen på hvert lag var mer enn 5 cm, hvilket henger sammen med bølgelengden på de elektromagnetiske strålene fra radaren.

- Jeg vil si at det faktisk var litt uventet at vi kunne få så presis informasjon om snø- og islagene, radardataene stemte godt overens med de faktiske snø- og isforholdene. I tillegg til å avlese lagdelingen i isen, kunne vi estimere saltinnhold, og om isen inneholdt mye luftbobler.

Opp i lufta for å dekke større område

Men de bakkebaserte systemene som ble brukt lokalt i Tromsøområdet kan bare dekke et lite område på et par kvadratmeter, og for å finne informasjon om is og snø over store områder kan satellitt, fly, helikopter eller droner anvendes.

Fysikeren kombinerte derfor sine bakkedata med radarmålinger fra Framstredet hentet både fra de tyske Tandem-x satellittene som går i bane 700 km over jorden, og fra helikopter der instrumentet hang i en vaier under helikopteret, 15 meter over bakken.

«Topografisk kart» av sjøisen i Framstedet

Tandem-x satellittene sirkulerer begge i samme bane rundt jorden men i ulik høyde, nettopp for å kunne gi «stereo-data» og mulighet for å avlese terreng og is i 3D.

- Med denne informasjonen klarte vi å kartlegge den topografiske strukturen til sjøisen i Fram-stedet, altså «terrenget» på overflaten av isen, høydeforskjeller og for eksempel bølgeformasjoner og skavler.

- Vi er de første som påviser at radardata kan brukes til 3D topografisk kartlegging av sjøis, smiler Yitayew og oppsummerer at 3D radardata kan være et godt verktøy for å kartlegge lagvis fordeling av snø og is både til lands og til havs. 

- Vi tror denne forskningen kan bidra til økt kunnskap om klima og den kontinuerlige interaksjonen mellom atmosfære, is og hav, i tillegg til å avdekke mer om isbreers klimahistorikk, oppsummerer Temesken Yitayew.

Les mer:

Investigation of Sea Ice using Multiple Synthetic Aperture Radar Acquisitions (Doktorgradsavhandling i UiT sitt vitenarkiv – Munin)