A 1 km sea-ice concentration dataset from merged thermal infrared and microwave radiometer satellite observations: more than the sum of its parts

• Main Author: Ludwig, Valentin
• Format: Thesis
• Language: English
• Published: Universität Bremen 2020
• Subjects: Meereis; Arktis; Fernerkundung; Merging; Infrarot; Mikrowellen; 530; Arktis*; Grönland; Sea ice
• Online Access: https://dx.doi.org/10.26092/elib/423; https://media.suub.uni-bremen.de/handle/elib/4626

Es wird ein neuartiger Meereiskonzentrations-Datensatz mit 1 km räumlicher Auflösung präsentiert, der die Vorteile von Radiometermessungen im thermalen Infrarot- und im Mikrowellen-Spektralbereich kombiniert. Der Vorteil gegenüber reinen Infrarot-Daten besteht in der räumlichen Kontinuität und der statistischen Konsistenz mit den etablierten Mikrowellen-Radiometermessungen. Der Vorteil gegenüber Mikrowellen-Daten mit einer räumlichen Auflösung von 5 km besteht in der feineren räumlichen Auflösung von 1 km und einer besseren Erkennung von Rinnen im Eis. Wir erweitern einen existierenden Meereiskonzentrations-Algorithmus für Infrarot-Messungen, indem wir die räumliche Abdeckung verbessern und ein glatteres Referenz-Temperaturfeld erhalten. Die dadurch berechnete Meereiskonzentration wird mit Mikrowellen-Messungen kombiniert, indem sowohl der Mittelwert der Mikrowellen-Daten auf einer Skala von 5 km erhalten bleibt als auch die Variabilität der Infrarot-Daten auf einer Skala von 1 km. Der Vorteil der feineren Auflösung wird aufgezeigt, indem die Fläche der Pixel mit einer Meereiskonzentration von höchstens 85 % berechnet wird. In einer Fallstudie liegt dieser Wert bei 771 km² und damit deutlich näher an einem Referenz-Datensatz (878 km²) als die gröber aufgelösten Mikrowellendaten (182 km²). In einem zweiten Fall, in dem eine unentdeckte Wolke und hohe Eisoberflächen-Temperaturen die Qualität der Infrarot-Meereiskonzentration beeinträchtigen, wird die Wurzel der mittleren quadratischen Abweichung (engl. RMSD) gegenüber den Referenzdaten von 23.5 % (Infrarot-Daten) auf 9.3 % (kombinierter Datensatz) reduziert. Der Vorteil des kombinierten Datensatzes wird darüber hinaus anhand einer Polynya demonstriert, die im Februar 2018 nördlich von Grönland entstanden ist. Die feinere Auflösung ermöglicht eine genauere Beobachtung der Entstehungsphase der Polynya als mit Mikrowellen-Daten, während die räumliche Kontinuität eine lückenlose Beobachtung erlaubt, die mit Infrarot-Daten nicht möglich ist.