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Assessment of glacial changes, surface properties, and related uncertainties based on airborne laser scanning


Jörg, Philip Claudio. Assessment of glacial changes, surface properties, and related uncertainties based on airborne laser scanning. 2014, University of Zurich, Faculty of Science.

Abstract

Gletscher sind einzigartige und augenfällige natürliche Indikatoren der Klimaänderung. Längerfristige Veränderungen von Temperatur- und Niederschlagsregime resultieren in einer Anpassung der Form und des Volumens eines Gletschers. Die Folgen dieser Gletscheränderungen sind weitreichend und betreffen ihre nähere und fernere Umwelt, jetzt und in der Zukunft. In der Schweiz sind, neben wenigen positiven, vor allem negative Konsequenzen absehbar wie die verringerte Verfügbarkeit von Wasser zur Gewinnung von Energie, als Trinkwasser, zur Bewässerung sowie das steigende Risiko von Naturgefahren. Die exakte Feststellung von Gletscheränderungen und zugehörigen Messunsicherheiten stellen deshalb entscheidende Voraussetzungen für Untersuchungen zur Folgenabschätzung dar und werden in dieser Dissertation vertieft untersucht.
Die vorliegende Arbeit befasst sich, basierend auf vier wissenschaftlichen Publikationen, mit digitalen Höhenmodellen und Albedomessungen aus Airborne Laser Scanning (ALS) Daten. Der Fokus dieser Beiträge liegt auf Untersuchungen der systematischen und stochastischen Fehler der Methoden und den Vorteilen der Nutzung von ALS in der Glaziologie.
In einem ersten Schritt wurde die Volumenänderung des Findelengletschers im Schweizer Kanton Wallis basierenden auf ALS Höhenmodellen berechnet. Zudem wurde ein physikalisches Fehlermodell entwickelt, um eine Abschätzung der Genauigkeit der Veränderung zu geben. Die physikalische Modellierung dieser Fehler lässt deren Abschätzung an jedem Ort eines Untersuchungsgebiets zu und somit den flächenhaft integrierten Fehler quantifizieren. Gleichzeitig erlaubt es, die festgestellten Fehler ihrem Ursprung zuzuweisen.
Nach der Feststellung der Genauigkeit der Höhenmodelle wurden an diesen Referenzdatensätzen in einer zweiten Publikation verschiedene etablierte Methoden zur Berechnung der Volumenänderung von Gletschern verglichen. Daraus liessen sich skalen- und methodenabhänginge Limitationen der klassischen Methoden aufzeigen und Empfehlungen über deren Nutzen sowie involvierte Unsicherheiten abgeben. Der dritte wissenschaftliche Beitrag befasste sich mit der saisonalen Volumenbilanz, respektive der Winter-Schneeakkumulation. Die vorliegende Arbeit führte zu einer Akkumulationskarte des Findelengletschers und ermöglichte so einen Einblick in die Akkumulationsverteilung und die involvierten dynamischen Gletscherprozesse. Die so erzeugten Daten tragen somit zur Verbesserung von glaziologischen Energie- und Massenbilanzmodellen bei.
Neben dem Verständnis der Gletscherprozesse ist die Albedo der Gletscheroberfläche ein vorrangiger Faktor zur Modellierung der Massenbilanz. Bisher wurden dafür vor allem Richtwerte aus der Literatur und kaum flächenhafte Messungen verwendet. In einer vierten Studie wurde deshalb die Berechnung der flächendeckenden Gletscher-Albedo aus ALS-Intensitätsdaten untersucht. Die errechnete Albedo-Näherung kann als Startpunkt für Gletscher-Massenbilanz-Modelle dienen und neben dem Nutzen der topographischen auch die spektralen Informationen von ALS verwerten.
Die Resultate dieser Publikationen demonstrieren den positiven Nutzen und die erfolgreiche Anwendung von ALS im Dienste der Glaziologie. Des weiteren werden Limitationen besprochen und in einem generellen Ausblick Perspektiven für die Weiterentwicklung der verwendeten Daten und Ansätze aufgezeigt.

Abstract

Gletscher sind einzigartige und augenfällige natürliche Indikatoren der Klimaänderung. Längerfristige Veränderungen von Temperatur- und Niederschlagsregime resultieren in einer Anpassung der Form und des Volumens eines Gletschers. Die Folgen dieser Gletscheränderungen sind weitreichend und betreffen ihre nähere und fernere Umwelt, jetzt und in der Zukunft. In der Schweiz sind, neben wenigen positiven, vor allem negative Konsequenzen absehbar wie die verringerte Verfügbarkeit von Wasser zur Gewinnung von Energie, als Trinkwasser, zur Bewässerung sowie das steigende Risiko von Naturgefahren. Die exakte Feststellung von Gletscheränderungen und zugehörigen Messunsicherheiten stellen deshalb entscheidende Voraussetzungen für Untersuchungen zur Folgenabschätzung dar und werden in dieser Dissertation vertieft untersucht.
Die vorliegende Arbeit befasst sich, basierend auf vier wissenschaftlichen Publikationen, mit digitalen Höhenmodellen und Albedomessungen aus Airborne Laser Scanning (ALS) Daten. Der Fokus dieser Beiträge liegt auf Untersuchungen der systematischen und stochastischen Fehler der Methoden und den Vorteilen der Nutzung von ALS in der Glaziologie.
In einem ersten Schritt wurde die Volumenänderung des Findelengletschers im Schweizer Kanton Wallis basierenden auf ALS Höhenmodellen berechnet. Zudem wurde ein physikalisches Fehlermodell entwickelt, um eine Abschätzung der Genauigkeit der Veränderung zu geben. Die physikalische Modellierung dieser Fehler lässt deren Abschätzung an jedem Ort eines Untersuchungsgebiets zu und somit den flächenhaft integrierten Fehler quantifizieren. Gleichzeitig erlaubt es, die festgestellten Fehler ihrem Ursprung zuzuweisen.
Nach der Feststellung der Genauigkeit der Höhenmodelle wurden an diesen Referenzdatensätzen in einer zweiten Publikation verschiedene etablierte Methoden zur Berechnung der Volumenänderung von Gletschern verglichen. Daraus liessen sich skalen- und methodenabhänginge Limitationen der klassischen Methoden aufzeigen und Empfehlungen über deren Nutzen sowie involvierte Unsicherheiten abgeben. Der dritte wissenschaftliche Beitrag befasste sich mit der saisonalen Volumenbilanz, respektive der Winter-Schneeakkumulation. Die vorliegende Arbeit führte zu einer Akkumulationskarte des Findelengletschers und ermöglichte so einen Einblick in die Akkumulationsverteilung und die involvierten dynamischen Gletscherprozesse. Die so erzeugten Daten tragen somit zur Verbesserung von glaziologischen Energie- und Massenbilanzmodellen bei.
Neben dem Verständnis der Gletscherprozesse ist die Albedo der Gletscheroberfläche ein vorrangiger Faktor zur Modellierung der Massenbilanz. Bisher wurden dafür vor allem Richtwerte aus der Literatur und kaum flächenhafte Messungen verwendet. In einer vierten Studie wurde deshalb die Berechnung der flächendeckenden Gletscher-Albedo aus ALS-Intensitätsdaten untersucht. Die errechnete Albedo-Näherung kann als Startpunkt für Gletscher-Massenbilanz-Modelle dienen und neben dem Nutzen der topographischen auch die spektralen Informationen von ALS verwerten.
Die Resultate dieser Publikationen demonstrieren den positiven Nutzen und die erfolgreiche Anwendung von ALS im Dienste der Glaziologie. Des weiteren werden Limitationen besprochen und in einem generellen Ausblick Perspektiven für die Weiterentwicklung der verwendeten Daten und Ansätze aufgezeigt.

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Item Type:Dissertation
Referees:Schaepman Michael E, Meier Erich, Kneubühler Mathias, Small David, Morsdorf Felix
Communities & Collections:07 Faculty of Science > Institute of Geography
Dewey Decimal Classification:910 Geography & travel
Language:English
Date:2014
Deposited On:15 Jan 2015 08:14
Last Modified:08 Dec 2017 10:30
Number of Pages:111
ISBN:978-3-03703-031-8
Additional Information:Erschienen in der Reihe 'Remote Sensing Series', Vol. 65 Remote Sensing Laboratories, Department of Geography, University of Zurich Switzerland, 2014
Free access at:Official URL. An embargo period may apply.
Official URL:http://www.geo.uzh.ch/fileadmin/files/content/abteilungen/rsl1/Publications/PhD_Theses/2014_Diss_JoergPhilip.pdf

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