Snow cover monitoring techniques with gb-SAR

Resumen

Los radares de apertura sintética basados en tierra (GB-SAR) son instrumentos que, aun siendo relativamente jóvenes, se utilizan con éxito para monitorizar operacionalmente deslizamientos de tierra. Por otra parte, el manto nivoso se ha estudiado tradicionalmente a nivel local con sensores invasivos o con radares de onda continua. El trabajo presentado en esta tesis contribuye a la conjunción de ambos campos: el uso de sensores GB-SAR para la monitorización del manto nivoso. En los capítulos 5, 6 y 7 se muestran las tres técnicas desarrolladas: cálculo de la altura del manto nivoso, cálculo del volumen de nieve desplazado en una avalancha, y detección y clasificación de avalanchas.La altura del manto nivoso se calcula a partir de la fase interferométrica diferencial de dos adquisiciones SAR consecutivas bajo la hipótesis de nieve seca y asumiendo un modelo de nieve de una capa. El volumen desplazado en una avalancha se obtiene mediante la resta de dos modelos del terreno digitales (DTM) generados justo antes y después del fenómeno avalancha. Los DTMs se obtienen con el modo topográfico del instrumento: dos antenas separadas una cierta distancia reciben simultáneamente los ecos de una tercera antena que transmite. La tercera técnica de monitorización, detección y clasificación de avalanchas, se realiza mediante la magnitud de la coherencia compleja entre dos imágenes SAR consecutivas. Las avalanchas de nieve presentan valores de coherencia muy bajos en el área afectada, que puede ser identificada mediante un modelo basado en características morfológicas y estadísticas. En la presente tesis se presenta un innovador algoritmo para la detección y clasificación de avalanchas.El GB-SAR del Joint Research Centre, una vez mejorado para permitir su uso continuado 24h al día y 7 días a la semana (capítulo 3), ha sido utilizado para desarrollar y verificar las técnicas mencionadas anteriormente. Se han realizado medidas durante seis inviernos, que han proporcionado más de 120000 imágenes SAR a una frecuencia aproximada de 12 minutos por imagen. Se han estudiado dos emplazamientos, cada uno con características diferentes con el fin de verificar el uso operativo de las técnicas bajo condiciones reales. Los resultados muestran que la obtención de la altura del manto nivoso es posible pero su aplicación está limitada al campo experimental ya que su uso está condicionado por fuertes restricciones. Un estudio de viabilidad posteriormente confirmado con medidas muestra, en cambio, las limitaciones de precisión de los instrumentos GB-SAR para obtener una estima del volumen de nieve desplazado en una avalancha. Finalmente, la técnica más prometedora es la de detección y clasificación de avalanchas, la cuál se demuestra factible y robusta desde un punto de vista operativo y práctica desde una perspectiva de usuario final.