Ambientes de confluência no contexto da rede de drenagem: exemplo da bacia hidrográfica do rio Ivaí - estado do Paraná

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Utilizzo metrico di immagini panoramiche satellitari CORONA

CAPITOLO 1 INTRODUZIONE Il lavoro presentato è relativo all’utilizzo a fini metrici di immagini satellitari storiche a geometria panoramica; in particolare sono state elaborate immagini satellitari acquisite dalla piattaforma statunitense CORONA, progettata ed impiegata essenzialmente a scopi militari tra gli anni ’60 e ’70 del secolo scorso, e recentemente soggette ad una declassificazione che ne ha consentito l’accesso anche a scopi ed utenti non militari. Il tema del recupero di immagini aeree e satellitari del passato è di grande interesse per un ampio spettro di applicazioni sul territorio, dall’analisi dello sviluppo urbano o in ambito regionale fino ad indagini specifiche locali relative a siti di interesse archeologico, industriale, ambientale. Esiste infatti un grandissimo patrimonio informativo che potrebbe colmare le lacune della documentazione cartografica, di per sé, per ovvi motivi tecnici ed economici, limitata a rappresentare l’evoluzione territoriale in modo asincrono e sporadico, e con “forzature” e limitazioni nel contenuto informativo legate agli scopi ed alle modalità di rappresentazione delle carte nel corso del tempo e per diversi tipi di applicazioni. L’immagine di tipo fotografico offre una rappresentazione completa, ancorché non soggettiva, dell’esistente e può complementare molto efficacemente il dato cartografico o farne le veci laddove questo non esista. La maggior parte del patrimonio di immagini storiche è certamente legata a voli fotogrammetrici che, a partire dai primi decenni del ‘900, hanno interessato vaste aree dei paesi più avanzati, o regioni di interesse a fini bellici. Accanto a queste, ed ovviamente su periodi più vicini a noi, si collocano le immagini acquisite da piattaforma satellitare, tra le quali rivestono un grande interesse quelle realizzate a scopo di spionaggio militare, essendo ad alta risoluzione geometrica e di ottimo dettaglio. Purtroppo, questo ricco patrimonio è ancora oggi in gran parte inaccessibile, anche se recentemente sono state avviate iniziative per permetterne l’accesso a fini civili, in considerazione anche dell’obsolescenza del dato e della disponibilità di altre e migliori fonti di informazione che il moderno telerilevamento ci propone. L’impiego di immagini storiche, siano esse aeree o satellitari, è nella gran parte dei casi di carattere qualitativo, inteso ad investigare sulla presenza o assenza di oggetti o fenomeni, e di rado assume un carattere metrico ed oggettivo, che richiederebbe tra l’altro la conoscenza di dati tecnici (per esempio il certificato di calibrazione nel caso delle camere aerofotogrammetriche) che sono andati perduti o sono inaccessibili. Va ricordato anche che i mezzi di presa dell’epoca erano spesso soggetti a fenomeni di distorsione ottica o altro tipo di degrado delle immagini che ne rendevano difficile un uso metrico. D’altra parte, un utilizzo metrico di queste immagini consentirebbe di conferire all’analisi del territorio e delle modifiche in esso intercorse anche un significato oggettivo che sarebbe essenziale per diversi scopi: per esempio, per potere effettuare misure su oggetti non più esistenti o per potere confrontare con precisione o co-registrare le immagini storiche con quelle attuali opportunamente georeferenziate. Il caso delle immagini Corona è molto interessante, per una serie di specificità che esse presentano: in primo luogo esse associano ad una alta risoluzione (dimensione del pixel a terra fino a 1.80 metri) una ampia copertura a terra (i fotogrammi di alcune missioni coprono strisce lunghe fino a 250 chilometri). Queste due caratteristiche “derivano” dal principio adottato in fase di acquisizione delle immagini stesse, vale a dire la geometria panoramica scelta appunto perché l’unica che consente di associare le due caratteristiche predette e quindi molto indicata ai fini spionaggio. Inoltre, data la numerosità e la frequenza delle missioni all’interno dell’omonimo programma, le serie storiche di questi fotogrammi permettono una ricostruzione “ricca” e “minuziosa” degli assetti territoriali pregressi, data appunto la maggior quantità di informazioni e l’imparzialità associabili ai prodotti fotografici. Va precisato sin dall’inizio come queste immagini, seppur rappresentino una risorsa “storica” notevole (sono datate fra il 1959 ed il 1972 e coprono regioni moto ampie e di grandissimo interesse per analisi territoriali), siano state molto raramente impiegate a scopi metrici. Ciò è probabilmente imputabile al fatto che il loro trattamento a fini metrici non è affatto semplice per tutta una serie di motivi che saranno evidenziati nei capitoli successivi. La sperimentazione condotta nell’ambito della tesi ha avuto due obiettivi primari, uno generale ed uno più particolare: da un lato il tentativo di valutare in senso lato le potenzialità dell’enorme patrimonio rappresentato da tali immagini (reperibili ad un costo basso in confronto a prodotti simili) e dall’altro l’opportunità di indagare la situazione territoriale locale per una zona della Turchia sud orientale (intorno al sito archeologico di Tilmen Höyük) sulla quale è attivo un progetto condotto dall’Università di Bologna (responsabile scientifico il Prof. Nicolò Marchetti del Dipartimento di Archeologia), a cui il DISTART collabora attivamente dal 2005. L’attività è condotta in collaborazione con l’Università di Istanbul ed il Museo Archeologico di Gaziantep. Questo lavoro si inserisce, inoltre, in un’ottica più ampia di quelle esposta, dello studio cioè a carattere regionale della zona in cui si trovano gli scavi archeologici di Tilmen Höyük; la disponibilità di immagini multitemporali su un ampio intervallo temporale, nonché di tipo multi sensore, con dati multispettrali, doterebbe questo studio di strumenti di conoscenza di altissimo interesse per la caratterizzazione dei cambiamenti intercorsi. Per quanto riguarda l’aspetto più generale, mettere a punto una procedura per il trattamento metrico delle immagini CORONA può rivelarsi utile all’intera comunità che ruota attorno al “mondo” dei GIS e del telerilevamento; come prima ricordato tali immagini (che coprono una superficie di quasi due milioni di chilometri quadrati) rappresentano un patrimonio storico fotografico immenso che potrebbe (e dovrebbe) essere utilizzato sia a scopi archeologici, sia come supporto per lo studio, in ambiente GIS, delle dinamiche territoriali di sviluppo di quelle zone in cui sono scarse o addirittura assenti immagini satellitari dati cartografici pregressi. Il lavoro è stato suddiviso in 6 capitoli, di cui il presente costituisce il primo. Il secondo capitolo è stato dedicato alla descrizione sommaria del progetto spaziale CORONA (progetto statunitense condotto a scopo di fotoricognizione del territorio dell’ex Unione Sovietica e delle aree Mediorientali politicamente correlate ad essa); in questa fase vengono riportate notizie in merito alla nascita e all’evoluzione di tale programma, vengono descritti piuttosto dettagliatamente gli aspetti concernenti le ottiche impiegate e le modalità di acquisizione delle immagini, vengono riportati tutti i riferimenti (storici e non) utili a chi volesse approfondire la conoscenza di questo straordinario programma spaziale. Nel terzo capitolo viene presentata una breve discussione in merito alle immagini panoramiche in generale, vale a dire le modalità di acquisizione, gli aspetti geometrici e prospettici alla base del principio panoramico, i pregi ed i difetti di questo tipo di immagini. Vengono inoltre presentati i diversi metodi rintracciabili in bibliografia per la correzione delle immagini panoramiche e quelli impiegati dai diversi autori (pochi per la verità) che hanno scelto di conferire un significato metrico (quindi quantitativo e non solo qualitativo come è accaduto per lungo tempo) alle immagini CORONA. Il quarto capitolo rappresenta una breve descrizione del sito archeologico di Tilmen Höyuk; collocazione geografica, cronologia delle varie campagne di studio che l’hanno riguardato, monumenti e suppellettili rinvenute nell’area e che hanno reso possibili una ricostruzione virtuale dell’aspetto originario della città ed una più profonda comprensione della situazione delle capitali del Mediterraneo durante il periodo del Bronzo Medio. Il quinto capitolo è dedicato allo “scopo” principe del lavoro affrontato, vale a dire la generazione dell’ortofotomosaico relativo alla zona di cui sopra. Dopo un’introduzione teorica in merito alla produzione di questo tipo di prodotto (procedure e trasformazioni utilizzabili, metodi di interpolazione dei pixel, qualità del DEM utilizzato), vengono presentati e commentati i risultati ottenuti, cercando di evidenziare le correlazioni fra gli stessi e le problematiche di diversa natura incontrate nella redazione di questo lavoro di tesi. Nel sesto ed ultimo capitolo sono contenute le conclusioni in merito al lavoro in questa sede presentato. Nell’appendice A vengono riportate le tabelle dei punti di controllo utilizzati in fase di orientamento esterno dei fotogrammi.

Interferometria SAR per lo studio di movimenti e generazione di modelli digitali del terreno in Antartide

Satellite SAR (Synthetic Aperture Radar) interferometry represents a valid technique for digital elevation models (DEM) generation, providing metric accuracy even without ancillary data of good quality. Depending on the situations the interferometric phase could be interpreted both as topography and as a displacement eventually occurred between the two acquisitions. Once that these two components have been separated it is possible to produce a DEM from the first one or a displacement map from the second one. InSAR DEM (Digital Elevation Model) generation in the cryosphere is not a straightforward operation because almost every interferometric pair contains also a displacement component, which, even if small, when interpreted as topography during the phase to height conversion step could introduce huge errors in the final product. Considering a glacier, assuming the linearity of its velocity flux, it is therefore necessary to differentiate at least two pairs in order to isolate the topographic residue only. In case of an ice shelf the displacement component in the interferometric phase is determined not only by the flux of the glacier but also by the different heights of the two tides. As a matter of fact even if the two scenes of the interferometric pair are acquired at the same time of the day only the main terms of the tide disappear in the interferogram, while the other ones, smaller, do not elide themselves completely and so correspond to displacement fringes. Allowing for the availability of tidal gauges (or as an alternative of an accurate tidal model) it is possible to calculate a tidal correction to be applied to the differential interferogram. It is important to be aware that the tidal correction is applicable only knowing the position of the grounding line, which is often a controversial matter. In this thesis it is described the methodology applied for the generation of the DEM of the Drygalski ice tongue in Northern Victoria Land, Antarctica. The displacement has been determined both in an interferometric way and considering the coregistration offsets of the two scenes. A particular attention has been devoted to investigate the importance of the role of some parameters, such as timing annotations and orbits reliability. Results have been validated in a GIS environment by comparison with GPS displacement vectors (displacement map and InSAR DEM) and ICEsat GLAS points (InSAR DEM).

Entwicklung von computergestützten Hangstabilitätsmodellen zur Erstellung einer Gefahrenhinweiskarte für die Region Rheinhessen

Das Ziel der Arbeit war die Entwicklung computergestützter Methoden zur Erstellung einer Gefahrenhinweiskarte für die Region Rheinhessen, zur Minimierung der Hangrutschungsgefährdung. Dazu wurde mit Hilfe zweier statistischer Verfahren (Diskriminanzanalyse, Lo­gistische Regression) und einer Methode aus dem Bereich der Künstlichen Intelligenz (Fuzzy Logik) versucht, die potentielle Gefährdung auch solcher Hänge zu klassifizieren, die bis heute noch nicht durch Massenbewegungen aufgefallen sind. Da ingenieurgeologische und geotechnische Hanguntersuchungen aus Zeit und Kostengründen im regionalen Maßstab nicht möglich sind, wurde auf punktuell vorhandene Datenbestände zu einzelnen Rut­schungen des Winters 1981/82, die in einer Rutschungsdatenbank zu­sammengefaßt sind, zurückgegriffen, wobei die daraus gewonnenen Erkenntnisse über Prozeßmechanismen und auslösende Faktoren genutzt und in das jeweilige Modell integriert wurden. Flächenhafte Daten (Lithologie, Hangneigung, Landnutzung, etc.), die für die Berechnung der Hangstabilität notwendig sind, wurden durch Fernerkundungsmethoden, dem Digitalisieren von Karten und der Auswertung von Digitalen Geländemodellen (Reliefanalyse) gewonnen. Für eine weiterführende Untersuchung von einzelnen, als rutschgefährdet klassifi­zierten Bereichen der Gefahrenhinweiskarte, wurde am Beispiel eines Testgebietes, eine auf dem infinite-slope-stability Modell aufbauende Me­thode untersucht, die im Maßstabsbereich von Grundkarten (1:5000) auch geotechnische und hydrogeologische Parameter berücksichtigt und damit eine genauere, der jeweiligen klimatischen Situation angepaßte, Gefahrenabschätzung ermöglicht.

Abflusslose Senken – Instrumente in der Landschaftsanalyse und Indikatoren rezenter Krustenbewegungen

Innerhalb des Untersuchungsgebiets Schleswig-Holstein wurden 39.712 topographische Hohlformen detektiert. Genutzt wurden dazu ESRI ArcMap 9.3 und 10.0. Der Datenaufbereitung folgten weitere Kalkulationen in MATLAB R2010b. Jedes Objekt wurde räumlich mit seinen individuellen Eigenschaften verschnitten. Dazu gehörten Fläche, Umfang, Koordinaten (Zentroide), Tiefe und maximale Tiefe der Hohlform und Formfaktoren wie Rundheit, Konvexität und Elongation. Ziel der vorgestellten Methoden war die Beantwortung von drei Fragestellungen: Sind negative Landformen dazu geeignet Landschaftseinheiten und Eisvorstöße zu unterscheiden und zu bestimmen? Existiert eine Kopplung von Depressionen an der rezenten Topographie zu geologischen Tiefenstrukturen? Können Senken unterschiedlicher Entstehung anhand ihrer Formcharakteristik unterteilt werden? Die vorgenommene Klassifikation der großen Landschaftseinheiten basiert auf der Annahme, dass sowohl Jungmoränengebiete, ihre Vorflächen als auch Altmoränengebiete durch charakteristische, abflusslose Hohlformen, wie Toteislöcher, Seen, etc. abgegrenzt werden können. Normalerweise sind solche Depressionen in der Natur eher selten, werden jedoch für ehemalige Glaziallandschaften als typisch erachtet. Ziel war es, die geologischen Haupteinheiten, Eisvorstöße und Moränengebiete der letzten Vereisungen zu differenzieren. Zur Bearbeitung wurde ein Detektionsnetz verwendet, das auf quadratischen Zellen beruht. Die Ergebnisse zeigen, dass durch die alleinige Nutzung von Depressionen zur Klassifizierung von Landschaftseinheiten Gesamtgenauigkeiten von bis zu 71,4% erreicht werden können. Das bedeutet, dass drei von vier Detektionszellen korrekt zugeordnet werden können. Jungmoränen, Altmoränen, periglazialeVorflächen und holozäne Bereiche können mit Hilfe der Hohlformen mit großer Sicherheit voneinander unterschieden und korrekt zugeordnet werden. Dies zeigt, dass für die jeweiligen Einheiten tatsächlich bestimmte Senkenformen typisch sind. Die im ersten Schritt detektierten Senken wurden räumlich mit weiterreichenden geologischen Informationen verschnitten, um zu untersuchen, inwieweit natürliche Depressionen nur glazial entstanden sind oder ob ihre Ausprägung auch mit tiefengeologischen Strukturen in Zusammenhang steht. 25.349 (63,88%) aller Senken sind kleiner als 10.000 m² und liegen in Jungmoränengebieten und können vermutlich auf glaziale und periglaziale Einflüsse zurückgeführt werden. 2.424 Depressionen liegen innerhalb der Gebiete subglazialer Rinnen. 1.529 detektierte Hohlformen liegen innerhalb von Subsidenzgebieten, von denen 1.033 innerhalb der Marschländer im Westen verortet sind. 919 große Strukturen über 1 km Größe entlang der Nordsee sind unter anderem besonders gut mit Kompaktionsbereichen elsterzeitlicher Rinnen zu homologisieren.344 dieser Hohlformen sind zudem mit Tunneltälern im Untergrund assoziiert. Diese Parallelität von Depressionen und den teils über 100 m tiefen Tunneltälern kann auf Sedimentkompaktion zurückgeführt werden. Ein Zusammenhang mit der Zersetzung postglazialen, organischen Materials ist ebenfalls denkbar. Darüber hinaus wurden in einer Distanz von 10 km um die miozän aktiven Flanken des Glückstadt-Grabens negative Landformen detektiert, die Verbindungen zu oberflächennahen Störungsstrukturen zeigen. Dies ist ein Anzeichen für Grabenaktivität während und gegen Ende der Vereisung und während des Holozäns. Viele dieser störungsbezogenen Senken sind auch mit Tunneltälern assoziiert. Entsprechend werden drei zusammenspielende Prozesse identifiziert, die mit der Entstehung der Hohlformen in Verbindung gebracht werden können. Eine mögliche Interpretation ist, dass die östliche Flanke des Glückstadt-Grabens auf die Auflast des elsterzeitlichen Eisschilds reagierte, während sich subglazial zeitgleich Entwässerungsrinnen entlang der Schwächezonen ausbildeten. Diese wurden in den Warmzeiten größtenteils durch Torf und unverfestigte Sedimente verfüllt. Die Gletschervorstöße der späten Weichselzeit aktivierten erneut die Flanken und zusätzlich wurde das Lockermaterial exariert, wodurch große Seen, wie z. B. der Große Plöner See entstanden sind. Insgesamt konnten 29 große Depressionen größer oder gleich 5 km in Schleswig-Holstein identifiziert werden, die zumindest teilweise mit Beckensubsidenz und Aktivität der Grabenflanken verbunden sind, bzw. sogar auf diese zurückgehen.Die letzte Teilstudie befasste sich mit der Differenzierung von Senken nach deren potentieller Genese sowie der Unterscheidung natürlicher von künstlichen Hohlformen. Dazu wurde ein DEM für einen Bereich im Norden Niedersachsens verwendet, das eine Gesamtgröße von 252 km² abdeckt. Die Ergebnisse zeigen, dass glazial entstandene Depressionen gute Rundheitswerte aufweisen und auch Elongation und Exzentrizität eher kompakte Formen anzeigen. Lineare negative Strukturen sind oft Flüsse oder Altarme. Sie können als holozäne Strukturen identifiziert werden. Im Gegensatz zu den potentiell natürlichen Senkenformen sind künstlich geschaffene Depressionen eher eckig oder ungleichmäßig und tendieren meist nicht zu kompakten Formen. Drei Hauptklassen topographischer Depressionen konnten identifiziert und voneinander abgegrenzt werden: Potentiell glaziale Senken (Toteisformen), Flüsse, Seiten- und Altarme sowie künstliche Senken. Die Methode der Senkenklassifikation nach Formparametern ist ein sinnvolles Instrument, um verschiedene Typen unterscheiden zu können und um bei geologischen Fragestellungen künstliche Senken bereits vor der Verarbeitung auszuschließen. Jedoch zeigte sich, dass die Ergebnisse im Wesentlichen von der Auflösung des entsprechenden Höhenmodells abhängen.

Determining bridge deck deterioration through the use of 3D photogrammetry

The bridge inspection industry has yet to utilize a rapidly growing technology that shows promise to help improve the inspection process. This thesis investigates the abilities that 3D photogrammetry is capable of providing to the bridge inspector for a number of deterioration mechanisms. The technology can provide information about the surface condition of some bridge components, primarily focusing on the surface defects of a concrete bridge which include cracking, spalling and scaling. Testing was completed using a Canon EOS 7D camera which then processed photos using AgiSoft PhotoScan to align the photos and develop models. Further processing of the models was done using ArcMap in the ArcGIS 10 program to view the digital elevation models of the concrete surface. Several experiments were completed to determine the ability of the technique for the detection of the different defects. The cracks that were able to be resolved in this study were a 1/8 inch crack at a distance of two feet above the surface. 3D photogrammetry was able to be detect a depression of 1 inch wide with 3/16 inch depth which would be sufficient to measure any scaling or spalling that would be required be the inspector. The percentage scaled or spalled was also able to be calculated from the digital elevation models in ArcMap. Different camera factors including the distance from the defects, number of photos and angle, were also investigated to see how each factor affected the capabilities. 3D photogrammetry showed great promise in the detection of scaling or spalling of the concrete bridge surface.

TanDEM-X High Resolution DEMs and Their Applications to Flow Modeling

Lava flow modeling can be a powerful tool in hazard assessments; however, the ability to produce accurate models is usually limited by a lack of high resolution, up-to-date Digital Elevation Models (DEMs). This is especially obvious in places such as Kilauea Volcano (Hawaii), where active lava flows frequently alter the terrain. In this study, we use a new technique to create high resolution DEMs on Kilauea using synthetic aperture radar (SAR) data from the TanDEM-X (TDX) satellite. We convert raw TDX SAR data into a geocoded DEM using GAMMA software [Werner et al., 2000]. This process can be completed in several hours and permits creation of updated DEMs as soon as new TDX data are available. To test the DEMs, we use the Harris and Rowland [2001] FLOWGO lava flow model combined with the Favalli et al. [2005] DOWNFLOW model to simulate the 3-15 August 2011 eruption on Kilauea's East Rift Zone. Results were compared with simulations using the older, lower resolution 2000 SRTM DEM of Hawaii. Effusion rates used in the model are derived from MODIS thermal infrared satellite imagery. FLOWGO simulations using the TDX DEM produced a single flow line that matched the August 2011 flow almost perfectly, but could not recreate the entire flow field due to the relatively high DEM noise level. The issues with short model flow lengths can be resolved by filtering noise from the DEM. Model simulations using the outdated SRTM DEM produced a flow field that followed a different trajectory to that observed. Numerous lava flows have been emplaced at Kilauea since the creation of the SRTM DEM, leading the model to project flow lines in areas that have since been covered by fresh lava flows. These results show that DEMs can quickly become outdated on active volcanoes, but our new technique offers the potential to produce accurate, updated DEMs for modeling lava flow hazards.

Elastic Uplift in Southeast Greenland Due to Rapid Ice Mass Loss

The rapid unloading of ice from the southeastern sector of the Greenland ice sheet between 2001 and 2006 caused an elastic uplift of similar to 35 mm at a GPS site in Kulusuk. Most of the uplift results from ice dynamic-induced volume losses on two nearby outlet glaciers. Volume loss from Helheim Glacier, calculated from sequential digital elevation models, contributes about similar to 16 mm of the observed uplift, with an additional similar to 5 mm from volume loss of Kangerdlugssuaq Glacier. The remaining uplift signal is attributed to significant melt-induced ice volume loss from the ice sheet margin along the southeast coast between 62 degrees N and 66 degrees N.

Rapid Volume Loss from Two East Greenland Outlet Glaciers Quantified Using Repeat Stereo Satellite Imagery

The coastal portions of Kangerdlugssuaq and Helheim glaciers in southeast Greenland lost at least 51 +/- 8 km(-3) yr(-1) of ice between 2001-2006 due to thinning and retreat, according to an analysis of sequential digital elevation models (DEMs) derived from stereo ASTER satellite imagery. The dominant contribution to this ice loss was dynamic thinning caused by the acceleration in flow of both glaciers. Peak rates of change, including thinning rates of similar to 90 m yr(-1), coincided with the rapid increases in flow speed. Extrapolation of the measured data to the ice divides yields an estimated combined catchment volume loss of similar to 122 +/- 30 km(-3) yr(-1), which accounts for half the total mass loss from the ice sheet reported in recent studies. These catchment-wide volume losses contributed similar to 0.31 +/- 0.07 mm yr(-1) to global sea level rise over the 5-year observation period with the coastal regions alone contributing at least 0.1 +/- 0.02 mm yr(-1).

Controls on the Basal Water Pressure in Subglacial Channels Near the Margin of the Greenland Ice Sheet

Assuming a channelized drainage system in steady state, we investigate the influence of enhanced surface melting on the water pressure in subglacial channels, compared to that of changes in conduit geometry, ice rheology and catchment variations. The analysis is carried out for a specific part of the western Greenland ice-sheet margin between 66 degrees N and 66 degrees 30' N using new high-resolution digital elevation models of the subglacial topography and the ice-sheet surface, based on an airborne ice-penetrating radar survey in 2003 and satellite repeat-track interferometric synthetic aperture radar analysis of European Remote-sensing Satellite 1 and 2 (ERS-1/-2) imagery, respectively. The water pressure is calculated up-glacier along a likely subglacial channel at distances of 1, 5 and 9 km from the outlet at the ice margin, using a modified version of Rothlisberger's equation. Our results show that for the margin of the western Greenland ice sheet, the water pressure in subglacial channels is not sensitive to realistic variations in catchment size and mean surface water input compared to small changes in conduit geometry and ice rheology.

Patterns of landscape form in the upper Rhône basin, Central Swiss Alps, predominantly show lithologic controls despite multiple glaciations and variations in rock uplift rates

The development of topography depends mainly on the interplay between uplift and erosion. These processes are controlled by various factors including climate, glaciers, lithology, seismic activity and short-term variables, such as anthropogenic impact. Many studies in orogens all over the world have shown how these controlling variables may affect the landscape's topography. In particular, it has been hypothesized that lithology exerts a dominant control on erosion rates and landscape morphology. However, clear demonstrations of this influence are rare and difficult to disentangle from the overprint of other signals such as climate or tectonics. In this study we focus on the upper Rhône Basin situated in the Central Swiss Alps in order to explore the relation between topography, possible controlling variables and lithology in particular. The Rhône Basin has been affected by spatially variable uplift, high orographically driven rainfalls and multiple glaciations. Furthermore, lithology and erodibility vary substantially within the basin. Thanks to high-resolution geological, climatic and topographic data, the Rhône Basin is a suitable laboratory to explore these complexities. Elevation, relief, slope and hypsometric data as well as river profile information from digital elevation models are used to characterize the landscape's topography of around 50 tributary basins. Additionally, uplift over different timescales, glacial inheritance, precipitation patterns and erodibility of the underlying bedrock are quantified for each basin. Results show that the chosen topographic and controlling variables vary remarkably between different tributary basins. We investigate the link between observed topographic differences and the possible controlling variables through statistical analyses. Variations of elevation, slope and relief seem to be linked to differences in long-term uplift rate, whereas elevation distributions (hypsometry) and river profile shapes may be related to glacial imprint. This confirms that the landscape of the Rhône Basin has been highly preconditioned by (past) uplift and glaciation. Linear discriminant analyses (LDAs), however, suggest a stronger link between observed topographic variations and differences in erodibility. We therefore conclude that despite evident glacial and tectonic conditioning, a lithologic control is still preserved and measurable in the landscape of the Rhône tributary basins.

Creating Useful Products From Connecticut's 2000 LIDAR Data Set JHR 08-314 Project 07-2

The State of Connecticut owns a LIght Detection and Ranging (LIDAR) data set that was collected in 2000 as part of the State’s periodic aerial reconnaissance missions. Although collected eight years ago, these data are just now becoming ready to be made available to the public. These data constitute a massive “point cloud”, being a long list of east-north-up triplets in the State Plane Coordinate System Zone 0600 (SPCS83 0600), orthometric heights (NAVD 88) in US Survey feet. Unfortunately, point clouds have no structure or organization, and consequently they are not as useful as Triangulated Irregular Networks (TINs), digital elevation models (DEMs), contour maps, slope and aspect layers, curvature layers, among others. The goal of this project was to provide the computational infrastructure to create a first cut of these products and to serve them to the public via the World Wide Web. The products are available at http://clear.uconn.edu/data/ct_lidar/index.htm.

Snow and ice surfaces on King George Island (Antarctic Peninsula) with high-resolution TerraSAR-X time series, with links to shapfiles and GeoTIFFs

Changes of glaciers and snow cover in polar regions affect a wide range of physical and ecosystem processes on land and in the adjacent marine environment. In this study, we investigate the potential of 11-day repeat high-resolution satellite image time series from the TerraSAR-X mission to derive glaciological and hydrological parameters on King George Island, Antarctica during the period Oct/25/2010 to Apr/19/2011. The spatial pattern and temporal evolution of snow cover extent on ice-free areas can be monitored using multi-temporal coherence images. SAR coherence is used to map glacier extent of land terminating glaciers with an average accuracy of 25 m. Multi-temporal SAR color composites identify the position of the late summer snow line at about 220 m above sea level. Glacier surface velocities are obtained from intensity feature-tracking. Surface velocities near the calving front of Fourcade Glacier were up to 1.8 ± 0.01 m/d. Using an intercept theorem based on fundamental geometric principles together with differential GPS field measurements, the ice discharge of Fourcade Glacier was estimated to 20700 ± 5500 m**3/d (corresponding to ~19 ± 5 kt/d). The rapidly changing surface conditions on King George Island and the lack of high-resolution digital elevation models for the region remain restrictions for the applicability of SAR data and the precision of derived products.

The Austrian Glacier Inventories GI 1 (1969), GI 2 (1998), GI 3 (2006), and GI LIA in ArcGIS (shapefile) format

Glacier inventories provide the basis for further studies on mass balance and volume change, relevant for local hydrological issues as well as for global calculation of sea level rise. In this study, a new Austrian glacier inventory has been compiled, updating data from 1969 (GI 1) and 1998 (GI 2) based on high-resolution lidar digital elevation models (DEMs) and orthophotos dating from 2004 to 2012 (GI 3). To expand the time series of digital glacier inventories in the past, the glacier outlines of the Little Ice Age maximum state (LIA) have been digitalized based on the lidar DEM and orthophotos. The resulting glacier area for GI 3 of 415.11 ± 11.18 km**2 is 44% of the LIA area. The annual relative area losses are 0.3%/yr for the ~119-year period GI LIA to GI 1 with one period with major glacier advances in the 1920s. From GI 1 to GI 2 (29 years, one advance period of variable length in the 1980s) glacier area decreased by 0.6% yr?1 and from GI 2 to GI 3 (10 years, no advance period) by 1.2%/yr. Regional variability of the annual relative area loss is highest in the latest period, ranging from 0.3 to 6.19%/yr. The mean glacier size decreased from 0.69 km**2 (GI 1) to 0.46 km**2 (GI 3), with 47% of the glaciers being smaller than 0.1 km**2 in GI 3 (22%).

Modelos digitales de elevación generados por captura directa e indirecta de datos fuente : evaluación de su calidad

La información básica sobre el relieve de una cuenca hidrográfica, mediante metodologías analítico-descriptivas, permite a quienes evalúan proyectos relacionados con el uso de los recursos naturales, tales como el manejo integrado de cuencas, estudios sobre impacto ambiental, degradación de suelos, deforestación, conservación de los recursos hídricos, entre otros, contar para su análisis con los parámetros físicos necesarios. Estos procesos mencionados tienen un fuerte componente espacial y el empleo de Sistemas de Información Geográfica (SIG) son de suma utilidad, siendo los Modelos Digitales de Elevación (DEM) y sus derivados un componente relevante de esta base de datos. Los productos derivados de estos modelos, como pendiente, orientación o curvatura, resultarán tan precisos como el DEM usado para derivarlos. Por otra parte, es fundamental maximizar la habilidad del modelo para representar las variaciones del terreno; para ello se debe seleccionar una adecuada resolución (grilla) de acuerdo con los datos disponibles para su generación. En este trabajo se evalúa la calidad altimétrica de seis DEMs generados a partir de dos sistemas diferentes de captura de datos fuente y de distintas resoluciones de grilla. Para determinar la exactitud de los DEMs habitualmente se utiliza un grupo de puntos de control considerados como "verdad de campo" que se comparan con los generados por el modelo en la misma posición geográfica. El área seleccionada para realizar el estudio está ubicada en la localidad de Arrecifes, provincia de Buenos Aires (Argentina) y tiene una superficie de aproximadamente 120 ha. Los resultados obtenidos para los dos algoritmos y para los tres tamaños de grilla analizados presentaron los siguientes resultados: el algoritmo DEM from contourn, un RMSE (Root Mean Squared Error) de ± 0,11 m (para grilla de 1 m), ± 0,11 m (para grilla de 5 m) y de ± 0,15 m (para grilla de 10 m). Para el algoritmo DEM from vector/points, un RMSE de ± 0,09 m (para grilla de 1 m), ± 0,11 m (para grilla de 5 m) y de ± 0,11 m (para grilla de 10 m). Los resultados permiten concluir que el DEM generado a partir de puntos acotados del terreno como datos fuente y con el menor tamaño de grilla es el único que satisface los valores enumerados en la bibliografía, tanto nacional como internacional, lo que lo hace apto para proyectos relacionados con recursos naturales a nivel de ecotopo (predial). El resto de los DEMs generados presentan un RMSE que permite asegurar su aptitud para la evaluación de proyectos relacionados con el uso de los recursos naturales a nivel de unidad de paisaje (conjunto de ecotopos).