Bathymetric Mapping of Shallow Water in Thaw Lakes on the North Slope of Alaska with Spaceborne Imaging Radar

• Published in: ARCTIC
• Main Authors: Kozlenko, Nickolai, Jeffries, Martin O.
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: The Arctic Institute of North America 2000
• Subjects: thaw lakes; lake ice; synthetic aperture radar; bathymetric mapping; simulated ice growth; SAR-backscatter; digital elevation model; lacs thermokarstiques; glace lacustre; radar à antenne synthétique; cartographie bathymétrique; croissance simulée de la glace; rétrodiffusion SAR; modèle numérique d’altitude; Arctic; north slope; Alaska; Siberia
• Online Access: https://journalhosting.ucalgary.ca/index.php/arctic/article/view/63917

Few bathymetric maps are available for the thousands of thaw lakes on the North Slope of Alaska. We describe a semiautomated procedure for bathymetric mapping of water up to 2 m deep (i.e., less deep than the maximum ice thickness) in these lakes. A sequence of ERS-1 synthetic aperture radar (SAR) images and a simulated ice growth curve for winter 1991-92 are used to derive a digital elevation model of lake basins. The method is based on discriminating between floating ice and grounded ice in the SAR images to define raw isobaths; assigning an ice thickness or water depth to each isobath from the simulated ice-growth curve, and interpolating to create equally spaced (0.25 m) isobaths. There is modest agreement between SAR-derived maps and the few available bathymetric maps. Differences between the SAR maps and the original maps are probably unavoidable because of different production methods and original data formats. The concept of using SAR and a simulated ice-growth curve for bathymetric mapping of thaw lakes would benefit from verification based on a comparison with new maps derived from accurate field measurements at a selection of lakes with different morphological characteristics. Nevertheless, it is concluded that this technique is sound and could be used routinely for inexpensive and accurate bathymetric mapping across the entire North Slope and elsewhere (e.g., in Siberia, where large numbers of thaw lakes also occur). Such mapping would greatly increase the amount and spatial coverage of bathymetric data and would provide an accurate baseline against which to detect changes in the size, shape, bottom topography, and location of lakes. Peu de cartes bathymétriques sont disponibles pour les milliers de lacs thermokarstiques situés sur le versant Nord de l'Alaska. On décrit une procédure semi-automatisée pour la cartographie bathymétrique de l'eau jusqu'à une profondeur de 2 m (c.-à-d., inférieure à l'épaisseur maximale de la glace) dans ces lacs. On utilise une séquence d'images prises au radar à antenne synthétique (SAR) ERS-1 ainsi qu'une courbe simulée de croissance de la glace pour l'hiver 1991-1992 afin d'obtenir un modèle numérique d'altitude des bassins lacustres. La méthode est fondée sur la discrimination entre la glace flottante et la glace échouée, sur les images SAR, en vue de définir des isobathes brutes; sur l'attribution d'une épaisseur de glace ou d'une profondeur d'eau à chaque isobathe obtenue à partir de la courbe simulée de croissance de la glace, et sur l'interpolation visant à créer des isobathes équidistantes (0,25 m). Il existe une légère concordance entre les cartes issues du SAR et les quelques cartes bathymétriques disponibles. Des différences entre les cartes SAR et les cartes originales sont probablement inévitables en raison de la diversité des méthodes de production et du format des données originales. L'idée d'utiliser le SAR et une courbe simulée de croissance de la glace pour la cartographie bathymétrique des lacs thermokarstiques tirerait profit d'une vérification fondée sur une comparaison avec de nouvelles cartes issues de mesures précises effectuées sur le terrain à des lacs choisis pour leurs différentes caractéristiques morphologiques. On conclut néanmoins que c'est une bonne technique qui pourrait être utilisée couramment pour la cartographie bathymétrique économique et précise de l'ensemble du versant Nord et d'ailleurs (p. ex., en Sibérie, où l'on trouve nombre de lacs thermokarstiques). Une telle cartographie augmenterait de beaucoup la quantité et la couverture spatiale des données bathymétriques et offrirait une référence précise par rapport à laquelle il serait possible de détecter les changements dans la taille, la forme, la topographie du fond des lacs ainsi que leur emplacement.