Sensoriamento remoto da calota de gelo da ilha Renaud – Antártica

Abstract

Esta dissertação realizou o levantamento e descreveu a glaciologia da calota de gelo da ilha Renaud, ao largo da Península Antártica, utilizando ferramentas de Sensoriamento Remoto. Para isso, foi estruturada uma base de dados geográficos com mapas de declividade, hipsometria, orientação das vertentes, direção de fluxo, delimitação das bacias de drenagem glacial, classificação temática e principais topônimos; foi aplicada a metodologia do GLIMS (Global Land Ice Measurements from Space) para avaliar a dinâmica da variação das frentes de geleiras no período 1986–2007. A base de dados utilizou o Antarctica Digital Database (ADD), o Radarsat Antarctic Mapping Project Digital Elevation Model - RAMP DEM, duas imagens do sensor TM do LANDSAT 5 de 18/fevereiro/1986 e 23/fevereiro/1997, e duas do sensor ETM+ do LANDSAT 7 de 07/março/2007 e de 27/setembro/1999, além de uma imagem do sensor ASTER de 13/abril/2004. Os dados de temperatura superficial estimada (TSE), obtida pela banda termal das imagens Landsat, foram validados a partir de informações da estação meteorológica Rothera (67°34'S, 68°08'W), localizada na ilha Adelaide, além da TSE de uma imagem ASTER para a ilha Renaud. Utilizou-se métodos supervisionados e não-supervisionados para a classificação temática, a partir da reflectância dos alvos e interpretação visual, permitindo diferenciar quatro classes (neve úmida, neve saturada, gelo sobreposto e mar). Para obtenção da linha de frente das geleiras, foi utilizada uma metodologia semiautomática e uma manual, com erro horizontal médio para a variação de 43 m. A metodologia utilizada para validação dos dados de TSE obtida na ilha Adelaide foi válida, considerando que a temperatura registrada pelo sensor remoto é, em média, 4°C mais baixa do que aquela na estação meteorológica Rothera. A classificação não supervisionada gerou resultados insatisfatórios, com dificuldade para delimitação da zona de gelo sobreposto. A classificação supervisionada usando o classificador MAXVER gerou resultados condizentes com a reflectância na banda 3 da imagem Landsat, e de acordo com a classificação visual. A delimitação das bacias de drenagem glacial foi realizada baseada nos diferentes produtos cartográficos, e por ordem de importância decrescente: imagem Landsat, direção de fluxo da geleira, curvas de nível e declividade. A área total da ilha Renaud é de 511 km², com 10 bacias de drenagem glacial com características similares, altitude máxima de 145 m e declividade máxima de 9%. Todas são geleiras de desprendimento (de maré), bacias simples com perfil longitudinal regular, sem cobertura de detritos na parte terminal. Considerando que somente a partir da imagem de satélite de 1999 foi possível analisar todas as bacias de drenagem glacial, o cálculo de expansão e retração total da calota de gelo se limitou à somente 13 anos (1986–1999). Então, neste período a massa de gelo da ilha Renaud perdeu aproximadamente 18 km², enquanto que o ganho total foi de somente 0,5 km², resultando numa perda líquida total de 17,5 km² (ou seja, uma perda de 3,4% da área total). As bacias glaciais que mais recuaram, nomeadas 1 e 9 e situadas na vertente norte e sudoeste da calota de gelo, respectivamente, perderam 4 km², cada uma, entre 1986 e 1999.

This dissertation surveyed and defined the glaciology of the Renaud Island ice cap, off the Antarctic Peninsula, using remote sensing tools. For this, it was created a geographical data base with slope, hypsometric, orientation of slopes, flow direction, glacial drainage basins limits, thematic classification and main place names. Using the GLIMS (Global Land Ice Measurements from Space) methodology, we evaluated the dynamics of glaciers front variations in the period 1986–2007. The database used the Antarctica Digital Database (ADD), Radarsat Antarctic Mapping Project Digital Elevation Model - RAMP DEM, two images of LANDSAT5 TM sensor obtained on 08/February/1986 and 23/February/1997, and other two from sensor LANDSAT 7 ETM+ from 07/March/2007 and 27/September/1999, and an ASTER sensor image from 13/April/2004. The estimated surface temperature (EST) data, obtained from the Landsat images thermal band, were validated using information from the Rothera (67°34’S, 68°08'W) weather station, located on Adelaide Island, and the EST derived from an ASTER image of the Renaud Island. We used supervised and unsupervised methods for the thematic classification, base on targets reflectance and visual interpretation, differentiating four classes (wet snow, saturated snow, superimposed ice and sea water). To obtain the glaciers front line, we used semiautomatic and manual methodologies, with an average horizontal error of 43 m. The methodology used to validate the EST data obtained on the Adelaide island is valid, considering that the temperature recorded by the remote sensor is on average 4°C lower than the Rothera weather station data. The unsupervised classification produced unsatisfactory results, being difficult to delimit the superimposed ice zone. The supervised classification using the MAXVER classifier generated results consistent with the Landsat image band 3 reflectance, and agreeing with the visual classification. The glacial drainage basins delimitation was performed based on different cartographic products, in decreasing order of importance: Landsat image, glacier flow direction, contour lines and slope. The total area of the Renaud Islandis 511 km², with 10 glacial drainage basins with similar characteristics, maximum altitude of 145 m and maximum slope of 9%. All are calving glaciers (tide water), simple basins with regular longitudinal profile, and without debris cover in their terminal parts. Whereas was possible to analyse all glacial basins only from 1999 onwards, it was possible to calculate the total ice cap advance or retreat only for 13 years (1986–1999). So, during this period the Renaud Island ice mass lost approximately 18 km², while the was overall gain of only 0.5 km², resulting in a total net decrease of 17.5 km² (i.e., a 3.4% total area loss). The largest losses (4 km² each) occurred in glacial basins named 1 and 9,on the ice cap northern and southwestern slopes, respectively, from 1986 to 1999.