Novo método de análise de radar pode melhorar a segurança dos rios no inverno
O painel a mostra o Yukon R. em Paimiut com classificação SAR e câmera baseada na costa para quatro datas, e o painel b mostra o rio Tanana na ilha Sam Charley, cerca de 20 quilômetros do rio a sudoeste de Fairbanks com imagem da câmera baseada na costa em linha superior e classificação SAR na linha inferior. Os ícones das câmeras indicam a localização da câmera baseada na costa e as estrelas verdes estão no mesmo local na classificação SAR vertical e nas fotos oblíquas. A imagem de fundo no painel a é Planeta 14 de outubro de 2020; no painel b está Planeta 10 de outubro de 2020. Crédito:Sensorização Remota do Meio Ambiente (2024). DOI:10.1016/j.rse.2024.114096 Pesquisadores da Universidade do Alasca em Fairbanks desenvolveram uma maneira de usar o radar para detectar zonas de águas abertas e outras mudanças nos rios congelados do Alasca no início do inverno. A abordagem pode ser automatizada para fornecer mapas de perigos atuais e é aplicável em todo o Ártico e Subártico.
Muitos habitantes do Alasca, especialmente nas zonas rurais do estado, utilizam os rios como estradas de gelo no inverno para viajar entre comunidades ou para recreação, caça e pesca. Zonas de águas abertas no gelo do rio podem ser perigosas.
O novo método é detalhado em um artigo publicado em 13 de março na revista Remote Sensing of Environment.
A cientista de sensoriamento remoto Melanie Engram, do Centro de Pesquisa Hídrica e Ambiental do Instituto de Engenharia do Norte da UAF, liderou a pesquisa.
Os co-autores incluem Franz Meyer do Instituto Geofísico da UAF; Dana Brown, Sarah Clement e Katie Spellman do Centro Internacional de Pesquisa do Ártico da UAF; e Allen Bondurant, Laura Oxtoby e Christopher Arp do Water and Environmental Research Center.
“O aquecimento do Ártico mudou a forma como os rios congelam e impactou as viagens fluviais rurais no inverno devido a congelamentos posteriores, zonas de águas abertas no meio do inverno e rupturas anteriores”, escrevem os autores.
Pesquisas anteriores realizadas por outros concentraram-se em apenas um ou dois trechos de rio no Canadá e em climas temperados na Lituânia.
Engram e seus colegas da UAF usaram dados de radar de abertura sintética de 12 trechos em oito rios do Alasca para criar um sistema de classificação de gelo fluvial que pode ser usado em altas latitudes do norte de outubro a janeiro. O período termina em Janeiro porque os utilizadores dos rios normalmente partilham locais de águas abertas até essa altura. O gelo do rio também se torna mais complexo no final do inverno. Outras classificações de gelo fluvial baseadas em SAR concentram-se no gelo da primavera durante a dissolução.
“Isso pode ser personalizado e automatizado para qualquer rio de latitude norte para fornecer mapas atuais de zonas de águas abertas”, disse Engram. "Não foi projetado apenas para o Alasca."
O radar de abertura sintética pode penetrar nuvens e outras condições atmosféricas, como neblina, neblina e chuva. Isso ocorre porque o SAR opera na porção de micro-ondas do espectro eletromagnético, que possui comprimentos de onda mais longos que a luz visível.
A tecnologia SAR é amplamente utilizada para monitoramento ambiental, agricultura, gestão de desastres e defesa.
Fotos de ciência cidadã enviadas para o Fresh Eyes on Ice Observer mostrando um grande OWZ ainda descongelado em 20 de dezembro de 2020 em Tanana R. perto da trilha Rosie Creek. Crédito:Sensoriamento Remoto do Meio Ambiente (2024). DOI:10.1016/j.rse.2024.114096
Engram e a equipe refinaram e validaram seu processamento de dados para reduzir as classificações para quatro:gelo, águas abertas, gelo menos certo e águas abertas menos certas. Para isso, trabalharam com dois tipos de dados de radar:vertical-vertical e vertical-horizontal.
Para vertical-vertical, a onda eletromagnética do feixe de radar transmitido e retornado tem picos e vales, semelhantes à ascensão e queda das ondas do oceano.
Para vertical-horizontal, a onda eletromagnética transmitida é como as ondas do oceano, mas a onda que retorna do objeto alvo é orientada lado a lado, semelhante ao movimento de uma cobra.
Isso é importante porque as diferentes combinações podem revelar diferentes características dos dados.
Os dados também são influenciados pelo ângulo em que o feixe do radar é direcionado para um alvo. Ângulos diferentes podem fornecer perspectivas diferentes e, portanto, informações diferentes.
A Engram usou dados do satélite Sentinel-1 da Agência Espacial Europeia. Esses dados são arquivados no Alaska Satellite Facility da UAF.
Os investigadores compararam então os dados SAR com fotos aéreas, o campo de visão de dezenas de câmaras costeiras, fotos aéreas, observações no gelo e relatórios de membros da comunidade que carregaram observações no portal do observador.
“Tínhamos câmeras costeiras em todo o estado e elas tiravam fotos do rio todos os dias”, disse Engram. “E consultamos as comunidades, perguntando 'O que é importante para você?'”
Engram escolheu seções de oito rios:Colville, Noatak, Tanana, Yukon, Kantishna, Innoko, Copper e Kuskokwim, listados aqui em ordem decrescente de latitude.
A equipe selecionou locais com diferentes volumes de rios, larguras, tipos de canais e conteúdo de lodo glacial. Eles também escolheram locais na tundra e na floresta boreal, bem como com variações nas condições do permafrost próximo.
“Com esta classificação do gelo, estamos tentando distinguir entre gelo e buracos abertos no gelo”, disse Engram. "Muitos estudos foram feitos, especialmente no Canadá, analisando diferentes tipos de gelo. Não fizemos isso. Apenas optamos por gelo versus água aberta."
Engram elogiou o Alaska Satellite Facility, que hospeda os dados.
“Temos muita sorte porque os cientistas têm acesso a esses dados, não apenas na Universidade do Alasca Fairbanks, mas em todo o mundo”, disse ela. "O Alaska Satellite Facility tornou os dados SAR muito mais utilizáveis para qualquer tipo de cientista. Você não precisa ser um especialista em SAR."
