Investigadores de la Universidad de Alaska en Fairbanks han desarrollado una forma de utilizar el radar para detectar zonas de aguas abiertas y otros cambios en los ríos helados de Alaska a principios del invierno. El enfoque se puede automatizar para proporcionar mapas de peligros actuales y es aplicable en todo el Ártico y el subártico.
Muchos habitantes de Alaska, especialmente en las zonas rurales del estado, utilizan los ríos como carreteras de hielo durante el invierno para viajar entre comunidades o para recreación, caza y pesca. Las zonas de aguas abiertas en el hielo de los ríos pueden ser peligrosas.
El nuevo método se detalla en un artículo publicado el 13 de marzo en la revista Remote Sensing of Environment.
La científica de teledetección Melanie Engram del Centro de Investigación Ambiental y del Agua del Instituto de Ingeniería del Norte de la UAF dirigió la investigación.
Los coautores incluyen a Franz Meyer del Instituto Geofísico de la UAF; Dana Brown, Sarah Clement y Katie Spellman del Centro Internacional de Investigación del Ártico de la UAF; y Allen Bondurant, Laura Oxtoby y Christopher Arp del Centro de Investigación Ambiental y del Agua.
"El calentamiento del Ártico ha cambiado la forma en que los ríos se congelan y ha impactado los viajes fluviales rurales en invierno debido a congelamientos posteriores, zonas de aguas abiertas a mediados del invierno y desintegraciones anteriores", escriben los autores.
Investigaciones anteriores realizadas por otros se centraron en sólo uno o dos tramos de ríos en Canadá y climas templados en Lituania.
Engram y sus colegas de la UAF utilizaron datos de radar de apertura sintética de 12 tramos de ocho ríos de Alaska para crear un sistema de clasificación del hielo fluvial que se puede utilizar en las altas latitudes del norte de octubre a enero. El período concluye en enero porque para entonces los usuarios del río generalmente han compartido ubicaciones de aguas abiertas. El hielo de los ríos también se vuelve más complejo a finales del invierno. Otras clasificaciones de hielo de río basadas en SAR se centran en el hielo de primavera durante su desintegración.
"Esto se puede personalizar y automatizar para cualquier río de latitud norte para proporcionar mapas actuales de zonas de aguas abiertas", dijo Engram. "No está diseñado sólo para Alaska."
El radar de apertura sintética puede penetrar las nubes y otras condiciones atmosféricas como la neblina, la niebla y la lluvia. Esto se debe a que el SAR opera en la porción de microondas del espectro electromagnético, que tiene longitudes de onda más largas que la luz visible.
La tecnología SAR se utiliza ampliamente para la vigilancia ambiental, la agricultura, la gestión de desastres y la defensa.
Engram y el equipo refinaron y validaron su procesamiento de datos para reducir las clasificaciones a cuatro:hielo, aguas abiertas, hielo menos seguro y aguas abiertas menos seguras. Para ello, trabajaron con dos tipos de datos de radar:vertical-vertical y vertical-horizontal.
Para vertical-vertical, la onda electromagnética tanto del haz de radar transmitido como devuelto tiene picos y valles, similares al ascenso y descenso de las olas del océano.
Para vertical-horizontal, la onda electromagnética transmitida es como las olas del océano, pero la onda que regresa del objeto objetivo está orientada de lado a lado, similar a cómo se mueve una serpiente.
Esto es importante porque las diferentes combinaciones pueden revelar diferentes características de los datos.
Los datos también se ven influenciados por el ángulo con el que el propio haz del radar apunta a un objetivo. Diferentes ángulos pueden proporcionar diferentes perspectivas y, por tanto, diferente información.
Engram utilizó datos del satélite Sentinel-1 de la Agencia Espacial Europea. Estos datos están archivados en la Instalación de Satélites de Alaska de la UAF.
Luego, los investigadores compararon los datos del SAR con fotografías aéreas, el campo de visión de docenas de cámaras costeras, fotografías aéreas, observaciones sobre el hielo e informes de miembros de la comunidad que cargaron observaciones en el portal de observadores.
"Teníamos cámaras en la costa por todo el estado y tomaban fotografías del río todos los días", dijo Engram. "Y consultamos con las comunidades y les preguntamos:"¿Qué es importante para ustedes?"
Engram eligió secciones de ocho ríos:Colville, Noatak, Tanana, Yukon, Kantishna, Innoko, Copper y Kuskokwim, enumerados aquí en orden descendente de latitud.
El equipo seleccionó lugares con diferentes volúmenes de ríos, anchos, tipos de canales y contenido de limo glacial. También eligieron ubicaciones tanto en la tundra como en el bosque boreal, así como con variaciones en las condiciones del permafrost cercano.
"Con esta clasificación del hielo, estamos tratando de distinguir entre hielo y agujeros abiertos en el hielo", dijo Engram. "Se han realizado muchos estudios, especialmente en Canadá, analizando diferentes tipos de hielo. Nosotros no hicimos eso. Simplemente comparamos el hielo con el agua abierta".
Engram elogió la instalación de satélites de Alaska, que alberga los datos.
"Somos realmente afortunados de que los científicos tengan acceso a esos datos, no sólo en la Universidad de Alaska Fairbanks, sino en todo el mundo", dijo. "La Instalación de Satélites de Alaska ha hecho que los datos SAR sean mucho más utilizables para cualquier tipo de científico. No es necesario ser un especialista en SAR".
Más información: Melanie Engram et al, Detección de zonas de aguas abiertas a principios de invierno en los ríos de Alaska utilizando el radar de apertura sintética (SAR) Sentinel-1 de banda C de doble polarización, Detección remota del medio ambiente (2024). DOI:10.1016/j.rse.2024.114096
Proporcionado por la Universidad de Alaska Fairbanks
