Análise da altitude da linha de neve transitória e da área de acumulação de neve da Cordillera Blanca usando a plataforma de processamento em nuvem

Abstract

Geleiras tropicais são sensíveis às mudanças climáticas devido ao gelo estar próximo ao ponto de fusão, e seu balanço de massa (BM) ser influenciado pelas mudanças nas taxas de precipitação e temperatura, o que reflete em alterações na Altitude da Linha de Neve (ALN) e na área de acumulação de neve. Assim, contribuir com ferramentas para o contínuo monitoramento da ALN transitória e da área de acumulação de neve, assim como compreender de que forma essas mudanças se associam aos parâmetros climáticos é importante em um cenário de mudanças climáticas. Esta dissertação objetivou estimar a área de acumulação de neve de um setor no Pacífico e Atlântico da Cordillera Blanca (CB), Perú, e investigar a variação anual da Altitude da Linha de Neve transitória das geleiras Artesonraju, Shallap e Yanamarey para o período de1988 – 2023 utilizando o Google Earth Engine (GEE). Foi gerado um script no GEE com a geração de índices espectrais na série Landsat TM, ETM+ e OLI para a identificação da área glacial da CB utilizando índices espectrais (Normalizes Difference Snow Index - NDSI e Normalizes Difference Vegetation Index - NDVI), a aplicação do método Otsu na banda do infravermelho próximo (NIR) para identificação das zonas glaciais e da ALN. Essa etapa envolveu a aplicação de um filtro morfológico para diminuição dos ruídos da classificação automática e correção topográfica. Foi estabelecida uma série climática anual com dados de temperatura, precipitação, dados de El Niño e Oscilação Decenal do Pacífico (PDO) para o período. Os resultados foram relacionados com dados de levantamentos de campo, como: dados do BM glacial, da Altitude da Linha de Equilíbrio (ALE), bem como vetorização manual da ALN transitória para as geleiras Artesonraju, Shallap e Yanamarey e dados fornecidos pelo MapBiomas - Perú. A identificação da área glacial total demonstrou-se eficaz para a área de estudo, mas o método Otsu sofreu algumas interferências com misturas espectrais de outros alvos. As subestimações foram mais significativas em geleiras de menor tamanho, como a geleira Yanamarey. Os valores de correlação entre a área de cobertura de neve e a área total glacial são maiores para a Amazônia (R² = 0,46) do que para o Pacífico, mas aumentam após 2000 (R² = 0,72 e 0,59, respectivamente). Identificou-se no período de 1988 – 2021 maior perda de área percentual no setor da Amazônia (18,9%), o qual possui uma tendência à diminuição da área de cobertura de neve desde o início da série. No setor do Pacífico, a tendência ocorre a partir do ano de 2000. Para toda a série o valor mais elevado da ALN transitória para a geleira Artesonraju foi o ano hidrológico de 1997/98 onde a geleira alcançou 5096 m. As vetorizações da ALN transitória semiautomática e manual apresentaram bons valores de correlação para as geleiras de áreas maiores (R² = 0,73 e 0,8 para as geleiras Artesonraju e Shallap, respectivamente). Os valores de correlação entre a ALE e a ALN transitória semiautomática para as geleiras Artesonraju, Shallap e Yanamarey são fracos (R² = 0,35, 0,37 e 0,39). Para a geleira Artesonraju os valores de correlação entre a ALN transitória automática e a ALE são mais elevados a partir de 2010 (R² = 0,48) e isso provavelmente está relacionado aos anos de 2005/06, 2007/08 e 2008/09, os quais o método performou piores resultados e pode estar relacionado à presença de nuvens. A geleira Yanamarey possuiu uma tendência à diminuição no Raio de Cobertura de Neve (RCN), bem como para a área total, a geleira Artesonraju e Shallap possuem maior variabilidade da área de cobertura de neve e consequentemente do RCN. Para a geleira Artesonraju e Shallap, as maiores perdas percentuais de área e os menores valores médios de RCN ocorreram no período de 1988 – 1995. As variações anuais da ALN das geleiras Artesonraju, Yanamarey e Shallap estão relacionadas com dados de balanço de massa, ENOS, precipitação total e temperatura do ar. Para a geleira Shallap, os dados de BM possuem uma maior correlação com o RCN de 2004 – 2011 (R² = 0,61), bem como os valores da correlação da ALN transitória automática e da ALE também crescem durante este período (R² = 0,46). A partir de 2011, a geleira demonstra menor resposta aos eventos ENOS. Os valores de RCN apresentados durante a maior parte dos anos de análise demonstram que as geleiras Artesonraju, Shallap e Yanamarey tiveram RCN’s (<0,5) insuficientes para a manutenção de seu BM, isso explica a contínua retração para o período. A partir de 2010 existe um aumento na frequência de meses mais quentes, os eventos de La Niña são menos frios e é possível que os eventos de El Niño de menor intensidade passem a ter maiores temperaturas quando comparados a eventos de mesma magnitude durante os anos de 1988 – 2010.

Tropical glaciers are sensitive to climate change due the surface temperature at or close to the melting point, and their mass balance being influenced by changes in precipitation rates and temperature. This reflects in Snow Line Altitude (SLA) and the snow accumulation area of the glaciers. Therefore, contributing tools for the continuous monitoring of the SLA and snow accumulation area, as well as understanding how these changes are associated with climatic parameters, is important in a climate change scenario. This research aimed to estimate the snow accumulation area of the Pacific and Atlantic sectors of the Cordillera Blanca (CB), Peru, and investigate the transient Snow Line Altitude annual variation of the Artesonraju, Shallap, and Yanamarey glaciers for the period 1988 – 2023 using Google Earth Engine (GEE). A script was generated in GEE with the generation of spectral indices in the Landsat TM, ETM+, and OLI series for the identification of the glacial area of CB, the application of the Otsu method in the Near-Infrared (NIR) band for the identification of glacial zones and the Snow Line Altitude. This step involved the application of a morphological filter to reduce classification noise and topographical correction. An annual climatic series was established with air temperature, precipitation, El Niño and pacific decadal oscillation (PDO) data for the period. The results were related to field survey data, glacial mass balance data, the Equilibrium Line Altitude (ELA), manual vectorization of the transient SLA for the Artesonraju, Shallap, and Yanamarey glaciers, and data provided by MapBiomas - Peru. The identification of the total glacial area using the Normalized Difference Snow Index (NDSI) with a threshold of ≥0.4 and the Normalized Difference Vegetation Index proved effective for the study area, but for the identification of facies, the Otsu method suffered some interference with spectral mixtures from other targets. Underestimations were more significant in smaller glaciers, such as the Yanamarey glacier. The correlation values between the snow cover area and the total glacial area are higher for the Amazon (R² = 0.46) than for the Pacific, but they increase after 2000 (R² = 0.72 and 0.59 respectively). The period 1988 – 2021 was identified as the one with the highest percentage loss of area in the Amazon sector (18.9%), which has a trend of decreasing snow cover area since 1988. In the Pacific sector, this trend becomes increase from the year 2000. The Artesonraju glacier had an elevation in the transient SLA of 27 m (in 1988 – 2004 and 2005 – 2022) and the Shallap and Yanamarey glaciers of 60 m and 33 m (in 1988 – 2004 and 2005 – 2019). The semi-automatic and manual vectorizations of the transient SLA showed good correlation values for the larger glaciers. The correlation values between the ELA and the semi-automatic SLA for the Artesonraju, Shallap, and Yanamarey glaciers are weak to moderate. The Yanamarey glacier had a significant trend of decrease in the Snow Cover (SC), as well as for the total area; the Artesonraju and Shallap glaciers have greater annual variability in the snow cover area and consequently in the SC. For the Artesonraju and Shallap glaciers, the highest percentage losses of area and the lowest average values of SC occurred in the period 1988 – 1995. The annual variations of the SLA of the Artesonraju, Yanamarey, and Shallap glaciers are related to mass balance data, ENSO, total precipitation, and air temperature. The SC values presented during most of the years of analysis show that the Artesonraju, Shallap, and Yanamarey glaciers had SCs (<0.5) insufficient for the maintenance of their BM, explaining the continuous retreat for the period. The data from BM for the Shallap Glacier shows a higher correlation with the RCN from 2004 to 2011 (R² = 0.61). During this period, the correlation values of automatic transient ALN and ALE also increased (R² = 0.46). However, from 2011 onwards, the glacier exhibits a lower response to ENSO events. It is observed that since 2010, there has been an increase in the frequency of warmer months. Additionally, La Niña events are less cold, and El Niño events of lower intensity may have higher air temperatures when compared to events of the same magnitude during 1988-2010.