När man studerar klimatförändringar, det är ofta ett problem som är tillförlitligt, jämförbara data går tillbaka bara några decennier. Långa tidsserier är mycket efterfrågade, speciellt när det kommer till jordens kryosfär, bestående av glaciärer, is och frusen mark.

Gamla bilder kan omvandlas till användbara geofysiska data. Luc Girod har utvecklat metoder för att få detta att hända. Detta gör det möjligt för forskare att bättre förstå processerna i kryosfären, vilket är avgörande för förmågan att förutse och projicera effekterna av framtida klimatförändringar.

"Folk inom geovetenskapsgemenskapen blir väldigt upphetsade när vi berättar att vi hittat ett gammalt fotoarkiv, bearbetade informationen i bilderna, och sedan presentera dem med data, säger den franske fotogrammetikern Luc Girod, som nyligen försvarade sin doktorsexamen. avhandling vid universitetet i Oslo om fjärranalys av kryosfären.

"Man behöver inte alltid bra data för att säga att en glaciär inte mår bra. Men för att förstå exakt hur och varför, du behöver mer, bättre data och att se längre tillbaka i tiden."

Sedan han var barn, Luc Girod har lockats till att resa, kartor och kartografi. Han studerade till ingenjörsexamen vid Institut Géographique National utanför Paris. I slutet av det första året, han skickades till södra Frankrike för att göra fältarbete i fotogrammetri, som är vetenskapen om att göra mätningar från fotografier. Ett år senare, under 2012, han valde någonstans kallare när han blev ombedd att hitta en egen plats för en internationell praktikplats.

"Jag gillar inte varmt väder, så jag drog en linje på kartan norr om Danmark. Jag skickade ett mail till universitetet i Oslo, och fick ett positivt svar från Andreas Kääb, som – två år senare – blev min Ph.D. handledare."

Tvingade fram hemligheter ur stenar

Vid hans första ankomst, Luc Girod ombads studera informationen i bilder av de märkliga klippcirklarna på Svalbard, känd som sorterade cirklar. Bilderna hade legat i några år, väntar på att någon vill bearbeta informationen i bilderna.

Girod tog på sig uppgiften och lyckades förstå data, avslöjar några av hemligheterna i Svalbards sorterade kretsar. Han återvände sedan till Frankrike och avslutade sin magisterexamen.

Han specialiserade sig på tre områden inom de geografiska vetenskaperna; fotogrammetri, fjärranalys, och geodesi, som mäter och förstår jordens exakta form och geometri.

Senare, han fick reda på att Institutionen för geovetenskap vid universitetet i Oslo fick finansiering från Europeiska forskningsrådet för ett projekt som syftar till att förbättra sättet vi mäter massförändringarna hos bergsglaciärer. Projektet etablerades för att kvantifiera sambanden mellan förändringar i bergsglaciärer och havsnivåer. Det involverade ett antal fjärranalystekniker och modellering. Det visade sig vara det perfekta temat för Luc Girods doktorsavhandling.

Gammal satellit levererar fortfarande

ASTER är en amerikansk-japansk satellit som lanserades av NASA 1999.

"Tekniken på en satellit är vanligtvis redan inaktuell när de skjuter upp den, eftersom det måste bevisas och vara tillförlitligt, så ASTERs system designades på 1980-talet. Å andra sidan, den är fortfarande i drift och den tar stereofoton. Det finns två teleskop som pekar mot jorden i olika vinklar, vilket innebär att vi får uppsättningar av två lite olika bilder av samma område. Detta är viktigt för mig, för att ha två bilder är avgörande för fotogrammetri."

ASTER-bilderna ger samma typ av data och bilder, med jämn kvalitet, går tillbaka till 2000. Detta gör det möjligt för forskarna att observera förändringar i glaciärer under nästan 20 år. Bilderna täcker nästan hela jorden, inklusive hela Svalbard och nästan hela Grönland, men data kan bara hämtas när det inte finns något molntäcke och solljus.

Luc Girod har koncentrerat sig på att studera förändringar i höjden på bergsglaciärer.

Tidsserier av höjder är svåra att komma åt. Till största del, höjden förändras inte, så det har sällan övervakats. Det finns bara ett fåtal faktorer som orsakar stora höjdförändringar, inklusive jordskred, vulkanutbrott och glaciärförändringar.

"En av anledningarna till att jag blev intresserad av ASTER-bilderna var att medan NASA redan hade skapat höjdmodeller för många år sedan, deras noggrannhet var bara 30 meter. Just då, fastän, det var ganska bra – och mycket bättre än någon annan höjdmodell som fanns. Jag såg en guldgruva av information. Vi behövde bara bättre bearbetningsmetoder för att skörda den ordentligt. Så jag fick tillgång till originaldata från ASTER, och byggde en bearbetningskedja från grunden med nya metoder, " han förklarar.

Vibrationer i den tunga och komplicerade satelliten var en av hans utmaningar, leder till förvrängda bilder. Girod utvecklade alltså en metod för att mäta vibrationerna, och ta hänsyn till dem när du bearbetar bilderna. Resultatet är en serie bilder med en noggrannhet på tre meter. Med andra ord, tio gånger bättre än vad som funnits fram till nu.

"Vi lyckades få riktigt bra information om höjdförändringar. Vi arbetar nu med sätt att använda denna information i applikationer. Och vi hoppas kunna publicera en artikel om höjdförändringar i hela Skandinavien och Svalbard snart. Det kommer att bli en helhetsbild av ett stort område under en lång tidsperiod."

Gamla flygbilder över Svalbard

Fram till 1930-talet, det fanns mycket lite kartografi över Svalbards skärgård. 1936 och 1938 Norska Polarinstitutet använde flygplan för att fotografera öarna med sina berg och glaciärer. Detta var ett genombrott för ny teknik på den tiden och utgjorde grunden för helt nya kartor med information som var okänd fram till dess.

Några år sedan, Norska Polarinstitutet skannade alla foton från 1936 och 1938, och de kan ses på deras hemsida. Luc Girod tyckte att det var en bra idé att dyka in i det här arkivet med nästan 4000 foton och kolla vad han kunde få ut av dem.

"De flesta av dessa bilder är verkligen vackra. De är tagna från sidan av flygplanet, så du får en sidled eller sned sikt. I vanliga fall, i fotogrammetri, bilderna är tagna rakt ner. Med den tidens tillgängliga teknik och metoder, det var vettigt att göra på det sättet. Men det gjorde det svårare för oss att bearbeta bilderna. Vi var tvungna att lära programvaran att ignorera himlen och annan irrelevant information. Speciellt i början, det krävdes mycket manuell hantering för att filtrera bort data som inte var relevant. Sedan hittade vi en metod för att automatisera en del av behandlingen, och det slutade med att vi fick mer eller mindre full täckning av delar av Svalbard, som Brøggerhalvøya – där Nya Ålesund ligger."

Istället för att ha data om glaciärer som går tillbaka till 1990 -talet, det geografiska samhället har nu data som går tillbaka till 1930-talet.

"Även om data inte alltid är perfekta och detaljer saknas, den övergripande noggrannheten är rimlig. Och det är så mycket förändring från 1936 till idag att vi kan berätta en historia som inte har berättats tidigare. Och vi har fått reaktioner från andra forskare som ser detta som en ögonöppnare."

Mycket information

Girods metod att bearbeta informationen i de gamla bilderna kan vara användbar för flera andra geografiska områden. Flygfoton över Grönland och markbilder av Alperna är bara två exempel.

"Det är så många gamla bilder som inte har bearbetats. Det är bara att hitta dem. I vissa fall de har till och med skannats, men för visualisering – inte för vetenskap, så vi måste gå tillbaka till originalen. Det återstår mycket arbete på Svalbardarkivet. Vi har bearbetat mindre än 200 bilder, så det finns tusentals till."

Girod föreställer sig att hans metoder kan vara användbara för andra användningsområden än glaciärer, som att dokumentera hur skogar och vulkaner har förändrats över tid.

Gammal teknik och gammal data

"Att utveckla ny teknik är naturligtvis oerhört viktigt. Men vi får inte glömma att gammal teknik och gammal data också kan vara oerhört användbar. I många fall det är inte relevant att bara studera hur det har gått de senaste två veckorna. Du behöver längre perspektiv. När du arbetar med klimatförändringar, allt är långsiktigt!"

"Ibland, du vet att gamla data finns, men du vet inte var du hittar det. Ibland, du vet inte ens att data finns, men kan ha turen att snubbla över det i källaren på ett geografiskt institut eller något privat arkiv. Det har gjorts några överraskande upptäckter under de senaste åren, så vi behöver helt klart metoder för att använda data som finns i gamla foton och andra källor."

Moderna fotogrammetrimetoder involverar automatiserad bildbehandling för att omvandla bilder till användbar information. Allt handlar om geometri.

"Jag är intresserad av sakers form. Att känna till objekts geometri vid flera tillfällen är en nyckelfaktor i allt från glaciologi till självkörande bilar."