Untersuchung von Fließgeschwindigkeit und Frontlage der großen Ausflussgletscher Grönlands mittels multitemporaler Landsat-Aufnahmen

Die Kryosphäre mit ihren großen Eisschilden und Gletschergebieten unterliegt seit einigen Jahrzehnten rasanten Veränderungen, deren Bestimmung überhaupt erst durch satellitengestützte Fernerkundungsmethoden ermöglicht wurde. Insbesondere die dynamischen Ausflussgletscher im Randbereich des Grönländischen Eisschildes verlieren an Eisdicke, ziehen sich zurück und zeigen eine beschleunigte Eisbewegung. Diese Arbeit widmet sich der Erstellung eines modular aufgebauten Monitoring-Systems zur überwiegend automatischen Bestimmung der Fließgeschwindigkeit und der Frontlage von Ausflussgletschern mit Hilfe von Landsat-Aufnahmen. Die frei verfügbaren Satellitendaten der Landsat-Mission sind dafür besonders geeignet, da sie nicht nur einen Beobachtungszeitraum von mehr als 40 Jahren umfassen, sondern nahezu im gesamten Bereich des Grönländischen Eisschildes mit einer hohen zeitlichen Auflösung vorliegen. Durch die Kombination unterschiedlicher Bildzuordnungsverfahren wurden flächendeckende Fließgeschwindigkeitsfelder der Ausflussgletscher bestimmt. Neben einem verbesserten Verfahren zur Ausreißerfilterung in den bestimmten Fließgeschwindigkeitsfeldern wurde ein automatisches Verfahren zur Steigerung der Koregistrierungsgenauigkeit entwickelt. Dies beinhaltet u. a. die Verbesserung der Orthorektifizierung mit Hilfe eines aus ASTER-Daten (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) erstellten, hochauflösenden Geländemodells. Die Geschwindigkeitsfelder wurden weiterhin um das den Geschwindigkeitsfeldern überlagerte Streifenmuster korrigiert, das durch die leicht zueinander verschobenen Scanzeilen in den Landsat-7-Aufnahmen ohne Scanzeilenkorrektur verursacht wurde. Neben der Bestimmung von Fließgeschwindigkeitsfeldern wurden zwei Verfahren zur Ableitung von Gletscherfrontlagen entwickelt. Der Fokus lag dabei auf der Bestimmung von Frontlagen in Eisfjorden, in denen Standardverfahren zur Gletscherflächenkartierung nur eingeschränkt nutzbar sind. Das erste Verfahren ermittelt die Gletscherfront anhand der Grauwertverteilung entlang mehrerer paralleler Profile, die im Übergangsbereich zwischen Eisfjord und Gletscherbereich liegen. Aus diesen Frontpositionen kann anschließend das Polygon der Gletscherfront vektorisiert werden. Das zweite Verfahren verfolgt einen Ansatz der überwachten Klassifikation, bei dem mit Hilfe von statistischen Texturmerkmalen die Segmentierung von Gletscherflächen erfolgt. Eine nahezu vollständige Auswertung aller verfügbaren Satellitendaten des Landsat-Archivs wurde für den Randbereich des Grönländischen Eisschildes durchgeführt. Auf einer Fläche von etwa 500000 km² wurden für 302 Gletscher Fließgeschwindigkeitsfelder bestimmt. Die überwiegend im Zeitraum 1999 bis 2012 vorliegenden Geschwindigkeitsfelder besitzen eine räumliche Auflösung von 300m x300m. Für etwa ein Drittel dieser Gletscher wurden über den gesamten Landsat-Missionszeitraum von 1972 bis 2012 zusätzlich auch die zeitlichen Änderungen der Frontlage ermittelt. Aus diesen Ergebnissen lassen sich sowohl der Langzeittrend als auch die saisonalen Variationen der Fließgeschwindigkeit und die Lage der Gletscherfront ableiten. Generell zeigen die Gletscher in Zentralwest-, Nordwest- und Südost-Grönland nicht nur höhere Fließgeschwindigkeiten im Vergleich mit den Gletschern in anderen Regionen Grönlands, sondern weisen oft auch ein deutlich beschleunigtes Fließverhalten auf. Die seit 1999 größten Veränderungen wurden am Jakobshavn Isbræ und am Upernavik Isstrøm im Westen sowie an einem Ausflussgletscher in der Køge Bugt im Südosten Grönlands beobachtet. Diese Gletscher zeigen einen jährlichen Geschwindigkeitsanstieg von mehr als 0,9 m/Tag. Neben den beobachteten Geschwindigkeitsänderungen ist häufig auch eine Variation der Frontlage zu beobachten. Gewöhnlich ist eine Beschleunigung des Gletschers mit einem Frontrückzug verbunden. Darüber hinaus weist ein Großteil der Gletscher eine ausgeprägte saisonale Variabilität ihrer Fließgeschwindigkeit und ihrer Frontlage auf. Die über mehrere Jahrzehnte vorliegende Zeitreihe der bestimmten Fließgeschwindigkeiten ermöglicht im Besonderen die Detektion und die Untersuchung des zeitlichen Verlaufs von Surge-Ereignissen