Gamle billeder giver ny indsigt i klimaændringer

Når man studerer klimaændringer, det er ofte et problem, der er pålideligt, sammenlignelige data går blot et par årtier tilbage. Der er stor efterspørgsel efter lange tidsserier, især når det kommer til jordens kryosfære, bestående af gletschere, is og frossen jord.

Gamle billeder kan konverteres til nyttige geofysiske data. Luc Girod har udviklet metoder til at få dette til at ske. Dette gør forskerne i stand til bedre at forstå processerne i kryosfæren, hvilket er afgørende for evnen til at forudsige og fremskrive virkningerne af fremtidige klimaændringer.

"Folk i geovidenskabssamfundet bliver meget begejstrede, når vi fortæller dem, at vi har fundet et gammelt fotoarkiv, behandlede oplysningerne på billederne, og derefter præsentere dem for dataene, " siger den franske fotogrammetri Luc Girod, der for nylig forsvarede sin ph.d. afhandling ved Universitetet i Oslo om fjernmåling af kryosfæren.

"Man behøver ikke altid gode data for at sige, at en gletsjer ikke har det godt. Men for at forstå præcist hvordan og hvorfor, du har brug for mere, bedre data og at se længere tilbage i tiden."

Siden han var barn, Luc Girod er blevet tiltrukket af at rejse, kort og kartografi. Han studerede til en ingeniøruddannelse ved Institut Géographique National uden for Paris. Ved udgangen af ​​det første år, han blev sendt til det sydlige Frankrig for at lave feltarbejde i fotogrammetri, som er videnskaben om at lave målinger fra fotografier. Et år senere, i 2012, han valgte et koldere sted, da han blev bedt om at finde sit eget sted til en international praktikplads.

"Jeg kan ikke lide varmt vejr, så jeg tegnede en streg på kortet nord for Danmark. Jeg sendte en e-mail til Universitetet i Oslo, og fik et positivt svar fra Andreas Kääb, der – to år senere – blev min ph.d. tilsynsførende."

Tvunget hemmeligheder ud af sten

Ved hans første ankomst, Luc Girod blev bedt om at studere oplysningerne i billeder af de mærkelige klippecirkler på Svalbard, kendt som sorterede cirkler. Billederne havde ligget i et par år, venter på, at nogen er villig til at behandle informationen på billederne.

Girod påtog sig opgaven og formåede at give mening om dataene, afslører nogle af hemmelighederne i Svalbards sorterede kredse. Derefter vendte han tilbage til Frankrig og afsluttede sin kandidatgrad.

Han specialiserede sig i tre områder inden for de geografiske videnskaber; fotogrammetri, fjernmåling, og geodæsi, som er at måle og forstå Jordens nøjagtige form og geometri.

Senere, han erfarede, at Institut for Geovidenskab ved Universitetet i Oslo fik midler fra Det Europæiske Forskningsråd til et projekt, der sigter mod at forbedre den måde, vi måler masseændringerne på bjerggletsjere. Projektet blev etableret for at kvantificere sammenhængen mellem ændringer i bjerggletsjere og havniveauer. Det involverede en række fjernmålingsteknologier og modellering. Det viste sig at være det perfekte tema for Luc Girods doktorafhandling.

Gammel satellit leverer stadig

ASTER er en amerikansk-japansk satellit opsendt af NASA i 1999.

"Teknologien på en satellit er typisk allerede forældet, når de opsender den, da det skal være bevist og pålideligt, så systemerne i ASTER blev designet i 1980'erne. På den anden side, den er stadig i drift, og den tager stereobilleder. Der er to teleskoper, der peger mod Jorden i forskellige vinkler, hvilket betyder, at vi får sæt af to lidt forskellige billeder af det samme område. Det er vigtigt for mig, fordi det er afgørende for fotogrammetri at have to billeder."

ASTER-billederne giver den samme type data og billeder, med ensartet kvalitet, går tilbage til 2000. Dette gør det muligt for forskerne at observere ændringer i gletsjere i løbet af næsten 20 år. Billederne dækker næsten hele Jorden, inklusive hele Svalbard og næsten hele Grønland, men data kan kun indhentes, når der ikke er skydække og sollys.

Luc Girod har koncentreret sig om at studere ændringer i højden på bjerggletsjere.

Tidsserier for højde er svære at finde. For det meste, højden ændres ikke, så det er sjældent blevet overvåget. Der er kun få faktorer, der forårsager store ændringer i højden, inklusive jordskred, vulkanudbrud og gletscherændringer.

"En af grundene til, at jeg interesserede mig for ASTER-billederne, var, at mens NASA allerede havde skabt højdemodeller for mange år siden, deres nøjagtighed var kun 30 meter. På det tidspunkt, selvom, det var ganske godt - og meget bedre end nogen andre højdemodeller, der eksisterede. Jeg så en guldmine af information. Vi havde bare brug for bedre forarbejdningsmetoder for at høste det ordentligt. Så jeg fik adgang til de originale data fra ASTER, og opbygget en forarbejdningskæde fra bunden ved hjælp af nye metoder, " forklarer han.

Vibrationer i den tunge og komplicerede satellit var en af ​​hans udfordringer, fører til forvrængede billeder. Girod udviklede således en metode til at måle vibrationerne, og tage hensyn til dem, når du behandler billederne. Resultatet er en serie billeder med en nøjagtighed på tre meter. Med andre ord, ti gange bedre end hidtil.

"Det lykkedes os at få nogle virkelig gode oplysninger om højdeændringer. Vi arbejder nu på måder at bruge disse oplysninger i applikationer. Og vi håber snart at offentliggøre et papir om højdeændringer i hele Skandinavien og Svalbard. Det vil være en samlet opfattelse af et stort område i en lang periode."

Gamle luftfotos af Svalbard

Indtil 1930'erne, der var meget lidt kartografi af Svalbard-øgruppen. I 1936 og 1938, det norske Polarinstitut brugte fly til at fotografere øerne med deres bjerge og gletsjere. Dette var et gennembrud for ny teknologi på det tidspunkt og dannede grundlag for helt nye kort, der indeholdt oplysninger, der ikke var kendt indtil da.

Et par år siden, Norsk Polarinstitut scannede alle billederne fra 1936 og 1938, og de kan ses på deres hjemmeside. Luc Girod mente, at det var en god idé at dykke ned i dette arkiv med næsten 4000 billeder og tjekke, hvad han kunne få ud af dem.

"De fleste af disse billeder er virkelig smukke. De er taget fra siden af ​​flyet, så du får et sideværts eller skråt udsyn. Normalt, i fotogrammetri, billeder er taget lige ned. Med tidens tilgængelige teknologi og metoder, det gav mening at gøre det på den måde. Men det gjorde det sværere for os at behandle billederne. Vi var nødt til at lære softwaren at ignorere himlen og anden irrelevant information. Især i begyndelsen, det krævede en del manuel håndtering at bortfiltrere data, der ikke var relevante. Så fandt vi en metode til at automatisere noget af behandlingen, og vi endte med at få mere eller mindre fuld dækning af dele af Svalbard, såsom Brøggerhalvøya – hvor New Ålesund ligger."

I stedet for at have data om gletsjere tilbage til 1990'erne, det geografiske samfund har nu data, der går tilbage til 1930'erne.

"Selv om dataene ikke altid er perfekte og detaljer mangler, den samlede nøjagtighed er rimelig. Og der er så meget forandring fra 1936 til i dag, at vi er i stand til at fortælle en historie, som ikke er blevet fortalt før. Og vi har fået reaktioner fra andre videnskabsmænd, der betragter dette som en øjenåbner."

Masser af information

Girods metode til at behandle oplysningerne i de gamle billeder kan være nyttig for flere andre geografiske områder. Luftfotos af Grønland og jordbilleder af Alperne er blot to eksempler.

"Der er så mange gamle billeder, som ikke er blevet behandlet. Det handler bare om at finde dem. I nogle tilfælde har de er endda blevet scannet, men til visualisering – ikke for videnskab, så vi skal tilbage til originalerne. Der er meget mere arbejde at gøre på Svalbard-arkivet. Vi har behandlet mindre end 200 billeder, så der er tusinder mere."

Girod forestiller sig, at hans metoder kan være nyttige til andre anvendelsesområder end gletschere, såsom at dokumentere, hvordan skove og vulkaner har ændret sig gennem tiden.

Gammel teknologi og gamle data

"At udvikle ny teknologi er selvfølgelig ekstremt vigtigt. Men vi må ikke glemme, at gammel teknologi og gamle data også kan være yderst brugbare. I mange tilfælde er det vigtigt, det er ikke relevant kun at undersøge, hvordan tingene har bevæget sig de sidste to uger. Du har brug for længere perspektiver. Når du arbejder med klimaforandringer, alt er langsigtet!"

"Sommetider, du ved, at der findes gamle data, men du ved ikke hvor du kan finde det. Sommetider, du ved ikke engang, at der findes data, men kan være heldig at snuble over det i kælderen på et geografisk institut eller et eller andet privat arkiv. Der har været nogle overraskende opdagelser i løbet af de sidste par år, så vi har helt klart brug for metoder til at bruge dataene i gamle fotos og andre kilder."

Moderne fotogrammetrimetoder involverer automatiseret billedbehandling for at transformere billeder til brugbar information. Det handler om geometri.

"Jeg er interesseret i tingenes form. At kende objekters geometri på flere tidspunkter er en nøglefaktor i alt fra glaciologi til selvkørende biler."