A methodological comparison of bathymetric modelling in sub-arctic rivers – a case study in the Tana River, Finland and Norway

• Main Author: Kukkavuori, Susanna
• Other Authors: Helsingin yliopisto, Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta, University of Helsinki, Faculty of Science, Helsingfors universitet, Matematisk-naturvetenskapliga fakulteten
• Format: Master Thesis
• Language: English
• Published: Helsingin yliopisto 2024
• Subjects: Airborne laser scanning; Bathymetry; Multibeam echo sounding; Remote sensing; Satellite imagery; Sub-arctic rivers; Geoinformatiikka; Geoinformatics; Geoinformatik; Maantieteen maisteriohjelma; Master's Programme in Geography; Magisterprogrammet i geografi; Arctic; Norway; Tana River
• Online Access: http://hdl.handle.net/10138/576402

Subarktinen jokiekosysteemi toimii tärkeänä biodiversiteetin keskittyminä pohjoisella pallonpuoliskolla. Paikallista tietoa sekä menetelmäkuvauksia kuinka nykyinen ilmastonmuutos saattaa vaikuttaa subarktiseen jokiympäristöön, puuttuu. Kaukokartoitusmenetelmät tarjoavat korkean resoluution, aika- sekä kustannustehokkaan tavan mallintaa syvyystietoa joen pohjasta, joka on keskeistä jokiekosysteemien prosessien tutkimisessa. Tässä tutkimuksessa vertailin kolmen kaukokartoitusmenetelmän – monisäteisen kaikuluotauksen, vihreän aallonpituuden ilmalaserkeilauksen ja monispektrisen satelliittikuvantamisen – kykyä tuottaa syvyysmalli osasta matalaa subarktista jokea. Tutkimusalueena toimii Pohjois-Suomen ja -Norjan rajalla sijaitseva Tenojoki. Monisäteinen kaikuluotaus ja laserkeilaus tarjoavat korkean spatiaalisen resoluution sekä kyvyn läpäistä vesimassaa. Monispektrinen satelliittikuvaus taas mahdollistaa laajemman alueen kartoittamisen usein muita menetelmiä kustannustehokkaammin, mutta matalammalla spatiaalisella resoluutiolla. Kaukokartoitusmenetelmien arviointi suoritettiin kenttätutkimusaineiston perusteella kahdesta tutkimuskohteesta, jotka edustavat joen erilaisia ominaisuuksia pinnanmuodoiltaan, kaltevuudeltaan sekä virtausnopeudeltaan. Analyysi sisälsi aineiston tuottamisen digitaalisiksi syvyysmalleiksi käyttämällä käänteisen etäisyyden interpolaatiomenetelmää sekä Lyzengan algoritmia. Syvyysmallien validointi tapahtui virhelaskennalla. Lineaarisella regressiomallilla ja Pearsonin korrelaatiokertoimella, mallien poikkileikkauksen eroilla sekä pohjan karheuden mallintamisella suoritettiin syvyysmallien laadun vertailu. Kaikista kaukokartoitusmenetelmistä johdetuista syvyysmalleista pystyi havaitsemaan aiempaan tutkimustietoon pohjautuvia pohjan pääpiirteitä. Monisäteinen kaikuluotaus tuotti pistetiheydeltään yhtäläisimmän syvyysmallin (keskiarvo R2=0,57 ja RMSE=0,80). Ilmalaserkeilauksen syvyysmallit osoittivat suurinta epäluotettavuutta, johtuen datan kohtalaisesta epätarkkuudesta (ka R2=0,27 ja RMSE=1,18). ...