De nombreux Alaskiens, en particulier dans les régions rurales de l'État, utilisent les rivières comme autoroutes de glace en hiver pour se déplacer entre les communautés ou pour les loisirs, la chasse et la pêche. Les zones d'eau libre dans la glace des rivières peuvent être dangereuses.

La nouvelle méthode est détaillée dans un article publié le 13 mars dans la revue Remote Sensing of Environment.

La scientifique en télédétection Melanie Engram du Centre de recherche sur l'eau et l'environnement de l'Institut d'ingénierie du Nord de l'UAF a dirigé la recherche.

Les co-auteurs incluent Franz Meyer de l'Institut géophysique de l'UAF ; Dana Brown, Sarah Clement et Katie Spellman du Centre international de recherche sur l'Arctique de l'UAF ; et Allen Bondurant, Laura Oxtoby et Christopher Arp du Centre de recherche sur l'eau et l'environnement.

"Le réchauffement de l'Arctique a modifié la façon dont les rivières gèlent et a eu un impact sur les déplacements fluviaux en milieu rural en hiver en raison des gels ultérieurs, des zones d'eau libre au milieu de l'hiver et des débâcles précoces", écrivent les auteurs.

Des recherches antérieures menées par d'autres se sont concentrées sur seulement un ou deux tronçons de rivières au Canada et sur les climats tempérés de Lituanie.

Engram et ses collègues de l'UAF ont utilisé les données d'un radar à synthèse d'ouverture provenant de 12 tronçons sur huit rivières de l'Alaska pour créer un système de classification des glaces de rivière pouvant être utilisé dans les hautes latitudes du nord d'octobre à janvier. La période se termine en janvier, car les usagers de la rivière ont généralement partagé leurs emplacements en eau libre à ce moment-là. La glace fluviale devient également plus complexe plus tard en hiver. D'autres classifications de glace de rivière basées sur SAR se concentrent sur la glace de printemps lors de la débâcle.

"Cela peut être personnalisé et automatisé pour toutes les rivières de latitude nord afin de fournir des cartes actuelles des zones d'eau libre", a déclaré Engram. "Ce n'est pas conçu uniquement pour l'Alaska."

Le radar à synthèse d'ouverture peut pénétrer les nuages ​​et d'autres conditions atmosphériques telles que la brume, le brouillard et la pluie. En effet, le SAR fonctionne dans la partie micro-ondes du spectre électromagnétique, qui a des longueurs d'onde plus longues que la lumière visible.

La technologie SAR est largement utilisée pour la surveillance de l'environnement, l'agriculture, la gestion des catastrophes et la défense.

Engram et l'équipe ont affiné et validé leur traitement des données pour réduire les classifications à quatre :glace, eau libre, glace moins certaine et eau libre moins certaine. Pour ce faire, ils ont travaillé avec deux types de données radar :verticale-verticale et verticale-horizontale.

Pour la verticale-verticale, l'onde électromagnétique du faisceau radar transmis et renvoyé présente des pics et des vallées, similaires à la montée et à la descente des vagues océaniques.

En vertical-horizontal, l'onde électromagnétique transmise est comme les vagues de l'océan, mais l'onde revenant de l'objet ciblé est orientée d'un côté à l'autre, de la même manière qu'un serpent se déplace.

C'est important car les différentes combinaisons peuvent révéler différentes caractéristiques des données.

Les données sont également influencées par l’angle selon lequel le faisceau radar lui-même est dirigé vers une cible. Différents angles peuvent fournir différentes perspectives et, par conséquent, différentes informations.

Engram a utilisé les données du satellite Sentinel-1 de l'Agence spatiale européenne. Ces données sont archivées dans l'installation satellite de l'Alaska de l'UAF.

Les chercheurs ont ensuite comparé les données SAR avec des photos aériennes, le champ de vision de dizaines de caméras terrestres, des photos aériennes, des observations sur glace et des rapports de membres de la communauté qui ont téléchargé leurs observations sur le portail des observateurs.

"Nous avions des caméras terrestres dans tout l'État, et elles prenaient une photo de la rivière chaque jour", a déclaré Engram. "Et nous avons consulté les communautés en leur demandant : « Qu'est-ce qui est important pour vous ? » 

Engram a choisi des sections de huit rivières :Colville, Noatak, Tanana, Yukon, Kantishna, Innoko, Copper et Kuskokwim, répertoriées ici par ordre décroissant de latitude.

L'équipe a sélectionné des emplacements présentant différents volumes de rivières, largeurs, types de canaux et teneurs en limon glaciaire. Ils ont également choisi des emplacements dans la toundra et la forêt boréale, ainsi que dans des conditions variables du pergélisol à proximité.

"Avec cette classification des glaces, nous essayons de faire la distinction entre la glace et les trous ouverts dans la glace", a déclaré Engram. "De nombreuses études ont été réalisées, en particulier au Canada, sur différents types de glace. Nous ne l'avons pas fait. Nous avons simplement comparé la glace à l'eau libre."

Engram a fait l'éloge de l'installation satellite de l'Alaska, qui héberge les données.

"Nous avons vraiment de la chance que les scientifiques aient accès à ces données, pas seulement à l'Université d'Alaska à Fairbanks, mais dans le monde entier", a-t-elle déclaré. "L'installation satellite de l'Alaska a rendu les données SAR beaucoup plus utilisables pour tout type de scientifique. Vous n'avez pas besoin d'être un spécialiste SAR."