Bij het bestuderen van klimaatverandering, het is vaak een probleem dat betrouwbaar, vergelijkbare gegevens gaan slechts enkele decennia terug. Er is veel vraag naar lange tijdreeksen, vooral als het gaat om de cryosfeer van de aarde, bestaande uit gletsjers, ijs en bevroren grond.

Oude afbeeldingen kunnen worden omgezet in bruikbare geofysische gegevens. Luc Girod heeft methoden ontwikkeld om dit mogelijk te maken. Hierdoor kunnen onderzoekers de processen in de cryosfeer beter begrijpen, die cruciaal is voor het vermogen om de effecten van toekomstige klimaatverandering te voorspellen en te projecteren.

"Mensen in de geowetenschappelijke gemeenschap worden erg enthousiast als we ze vertellen dat we een oud fotoarchief hebben gevonden, de informatie in de afbeeldingen verwerkt, en geef ze dan de gegevens, " zegt de Franse fotogrammetist Luc Girod, die onlangs zijn Ph.D. proefschrift aan de Universiteit van Oslo over remote sensing van de cryosfeer.

"Je hebt niet altijd hele goede gegevens nodig om te zeggen dat het niet goed gaat met een gletsjer. Maar om precies te begrijpen hoe en waarom, je hebt meer nodig, betere gegevens en om verder terug te kijken in de tijd."

Sinds hij een kind was, Luc Girod voelt zich aangetrokken tot reizen, kaarten en cartografie. Hij studeerde voor een ingenieursdiploma aan het Institut Géographique National buiten Parijs. Aan het einde van het eerste jaar wordt hij werd naar Zuid-Frankrijk gestuurd om veldwerk te doen in de fotogrammetrie, dat is de wetenschap van het maken van metingen van foto's. Een jaar later, in 2012, hij koos voor een koudere plek toen hem werd gevraagd om zijn eigen plek te vinden voor een internationale stage.

"Ik hou niet van warm weer, dus ik trok een lijn op de kaart ten noorden van Denemarken. Ik heb een e-mail gestuurd naar de Universiteit van Oslo, en kreeg een positief antwoord van Andreas Kääb, die – twee jaar later – mijn Ph.D. leidinggevende."

Gedwongen geheimen uit stenen

Bij zijn eerste aankomst, Luc Girod werd gevraagd om de informatie op foto's van de vreemde rotscirkels op Svalbard te bestuderen, zogenaamde gesorteerde cirkels. De foto's lagen al een paar jaar rond, wachten op iemand die de informatie in de afbeeldingen wil verwerken.

Girod nam de taak op zich en slaagde erin de gegevens te begrijpen, het onthullen van enkele van de geheimen van de gesorteerde kringen van Svalbard. Daarna keerde hij terug naar Frankrijk en rondde zijn master af.

Hij specialiseerde zich in drie gebieden binnen de geografische wetenschappen; fotogrammetrie, teledetectie, en geodesie, dat is het meten en begrijpen van de exacte vorm en geometrie van de aarde.

Later, hij hoorde dat de afdeling Geowetenschappen van de Universiteit van Oslo financiering kreeg van de European Research Council voor een project dat erop gericht was de manier te verbeteren waarop we de massale veranderingen van berggletsjers meten. Het project is opgezet om de verbanden tussen veranderingen in gletsjers in de bergen en de zeespiegel te kwantificeren. Het omvatte een aantal teledetectietechnologieën en modellering. Het bleek het perfecte thema voor het proefschrift van Luc Girod.

Oude satelliet levert nog steeds

ASTER is een Amerikaans-Japanse satelliet gelanceerd door NASA in 1999.

"De technologie op een satelliet is meestal al verouderd wanneer ze hem lanceren, aangezien het bewezen en betrouwbaar moet zijn, dus de systemen van ASTER zijn in de jaren 80 ontworpen. Anderzijds, het is nog steeds operationeel en het maakt stereofoto's. Er zijn twee telescopen die onder verschillende hoeken naar de aarde wijzen, wat betekent dat we sets van twee enigszins verschillende afbeeldingen van hetzelfde gebied krijgen. Dit is belangrijk voor mij, omdat het hebben van twee afbeeldingen essentieel is voor fotogrammetrie."

De ASTER-afbeeldingen bieden hetzelfde type gegevens en afbeeldingen, met constante kwaliteit, die teruggaat tot 2000. Dit stelt de wetenschappers in staat om veranderingen in gletsjers gedurende bijna 20 jaar waar te nemen. De beelden beslaan bijna de hele aarde, inclusief heel Spitsbergen en bijna heel Groenland, maar gegevens kunnen alleen worden verkregen als er geen bewolking en zonlicht is.

Luc Girod heeft zich geconcentreerd op het bestuderen van veranderingen in de hoogte op berggletsjers.

Tijdreeksen van hoogte zijn moeilijk te vinden. Grotendeels, hoogte verandert niet, dus het is zelden gecontroleerd. Er zijn maar een paar factoren die grote hoogteverschillen veroorzaken, inclusief aardverschuivingen, vulkaanuitbarsting en gletsjerveranderingen.

"Een van de redenen waarom ik geïnteresseerd raakte in de ASTER-afbeeldingen was dat, hoewel NASA al vele jaren geleden hoogtemodellen had gemaakt, hun nauwkeurigheid was slechts 30 meter. Destijds, Hoewel, dat was best goed - en veel beter dan alle andere hoogtemodellen die er waren. Ik zag een goudmijn aan informatie. We hadden alleen betere verwerkingsmethoden nodig om het goed te oogsten. Dus ik kreeg toegang tot de originele gegevens van ASTER, en bouwde een verwerkingsketen van de grond af met behulp van nieuwe methoden, " hij legt uit.

Trillingen in de zware en gecompliceerde satelliet was een van zijn uitdagingen, wat leidt tot vervormde beelden. Girod ontwikkelde daarom een ​​methode om de trillingen te meten, en houd daar rekening mee bij het verwerken van de beelden. Het resultaat is een serie beelden met een nauwkeurigheid van drie meter. Met andere woorden, tien keer beter dan wat er tot nu toe bestond.

"We zijn erin geslaagd om echt goede informatie over hoogteverschillen te krijgen. We werken nu aan manieren om deze informatie in toepassingen te gebruiken. En we hopen binnenkort een paper te publiceren over hoogteverandering in heel Scandinavië en Spitsbergen. Het zal een algemeen overzicht zijn van een groot gebied gedurende een lange periode."

Oude luchtfoto's van Spitsbergen

Tot de jaren dertig, er was heel weinig cartografie van de Svalbard-archipel. In 1936 en 1938, het Norwegian Polar Institute gebruikte vliegtuigen om de eilanden met hun bergen en gletsjers te fotograferen. Dit was destijds een doorbraak voor nieuwe technologie en vormde de basis voor gloednieuwe kaarten met tot dan toe onbekende informatie.

Een paar jaar geleden, het Norwegian Polar Institute scande alle foto's uit 1936 en 1938, en ze kunnen worden bekeken op hun website. Luc Girod vond het een goed idee om in dit archief van bijna 4000 foto's te duiken en te kijken wat hij ervan kon maken.

"De meeste van deze foto's zijn echt mooi. Ze zijn genomen vanaf de zijkant van het vliegtuig, zodat je een zijwaarts of schuin zicht krijgt. Normaal gesproken, in fotogrammetrie, foto's worden recht naar beneden genomen. Met de beschikbare technologie en methoden van die tijd, het was logisch om het op die manier te doen. Maar het maakte het voor ons moeilijker om de beelden te verwerken. We moesten de software leren de lucht en andere irrelevante informatie te negeren. Vooral in het begin, het kostte veel handmatige handelingen om gegevens eruit te filteren die niet relevant waren. Toen vonden we een methode om een ​​deel van de verwerking te automatiseren, en uiteindelijk kregen we min of meer volledige dekking van delen van Svalbard, zoals Brøggerhalvøya - waar New Ålesund ligt."

In plaats van gegevens over gletsjers te hebben die teruggaan tot de jaren negentig, de geografische gemeenschap heeft nu gegevens die teruggaan tot de jaren dertig.

"Zelfs als de gegevens niet altijd perfect zijn en details ontbreken, de algehele nauwkeurigheid is redelijk. En er is zoveel veranderd van 1936 tot vandaag dat we een verhaal kunnen vertellen dat nog niet eerder is verteld. En we hebben reacties gehad van andere wetenschappers die dit als een eye-opener zien."

Veel informatie

De methode van Girod om de informatie op de oude foto's te verwerken, kan nuttig zijn voor verschillende andere geografische gebieden. Luchtfoto's van Groenland en grondfoto's van de Alpen zijn slechts twee voorbeelden.

"Er zijn zoveel oude foto's die niet zijn verwerkt. Het is gewoon een kwestie van ze te vinden. In sommige gevallen ze zijn zelfs gescand, maar voor visualisatie - niet voor wetenschap, dus we moeten terug naar de originelen. Er is nog veel werk aan de winkel voor het Svalbard-archief. We hebben minder dan 200 foto's verwerkt, dus er zijn er nog duizenden."

Girod voorziet dat zijn methoden bruikbaar kunnen zijn voor andere toepassingsgebieden dan gletsjers, zoals het documenteren van hoe bossen en vulkanen in de loop van de tijd zijn veranderd.

Oude technologie en oude gegevens

“Het ontwikkelen van nieuwe technologie is natuurlijk enorm belangrijk. Maar we mogen niet vergeten dat oude technologie en oude data ook enorm nuttig kunnen zijn. In veel gevallen het is niet relevant om alleen te onderzoeken hoe het de afgelopen twee weken is gegaan. Je hebt langere perspectieven nodig. Als je werkt aan klimaatverandering, alles is voor de lange termijn!"

"Soms, je weet dat er oude gegevens bestaan, maar je weet niet waar je het moet vinden. Soms, je weet niet eens dat data bestaan, maar kan het geluk hebben erover te struikelen in de kelder van een geografisch instituut of een privéarchief. Er zijn de afgelopen jaren enkele verrassende ontdekkingen gedaan, dus we hebben duidelijk methoden nodig om de gegevens in oude foto's en andere bronnen te gebruiken."

Moderne fotogrammetriemethoden omvatten geautomatiseerde beeldverwerking om afbeeldingen om te zetten in bruikbare informatie. Het draait allemaal om geometrie.

"Ik ben geïnteresseerd in de vorm van dingen. Het kennen van de geometrie van objecten op verschillende tijdstippen is een sleutelfactor in alles, van glaciologie tot zelfrijdende auto's."