Antarktis ekspeditionen 2003 - Baggrund


 
 
 
 
ASAR: Billeder af Antarktis

På de meget høje breddegrader på Jorden er der ofte skydække, og det er grunden til, at vi har så få oplysninger fra disse fjerne egne på trods af satellitobservationer. Mange observationssatellitter tager nemlig billeder i det synlige og det infrarøde bånd, og det, vi ser på disse billeder, er mest af alt skybanker. Herudover kan kun sommermånederne bruges til optiske optagelser. Om vinteren er disse landskaber helt gemt i det totale mørke. Dette er dog nu ændret med ankomsten af radarbærende satellitter. Siden opsendelsen af ERS-1 i 1991 har man haft adgang til en verden af data fra begge polarregioner, og siden 2001 monitorerer Envisat denne isverden endnu oftere i udsnit på 400 km bredde.
 
Radar er aktive fjernmålingsinstrumenter, der udsender mikrobølgeimpulser og modtager deres ekkoer tilbage. Der skal bruges meget stor computerkraft til at vurdere disse ekkoer og frembringe et billede, et radarbillede. Og da mikrobølger gennemtrænger skyer, får vi altid et perfekt billede af Jordens overflade. Dertil kommer, at mikrobølger gennemtrænger vegetation og tør jord samt tør sne. Men radarer kan ikke se under vandet.
 
 
Radar image from the ERS satellite
   
Dette radarbillede fra ERS-satellitten viser en lufthavn, veje, bygninger og græsområder
 
Den information vi ser på billedet har intet at gøre med farver som på et fotografi og på optiske satellitbilledoptagelser. På radarbilleder kan vi se overfladestrukturen. Den kan forklares med overfladens ruhed. Men hvad betyder ruhed, eller hvad er en ru/ujævn overflade? For ERS og Envisat-radaren betyder græsmarker, enge og græsgange en glat overflade, mens skovområder og byer har en ru eller endog meget ru overflade.
 
 
Radar image from a coastal image
 
Et radarbillede fra et kystområde. Når den krydser havet, ændres vindhastigheden. Det ses som gråtoner: jo lysere pixel jo højere vindhastighed.
 
 
Du kan observere overfladens ruhed godt på vand som f.eks. en dam, en sø eller havet. Uden vind er overfladen rolig, og med radarens øjne er den glat (lille eller ingen respons). På en blæsende dag ses der bølger, og højden afhænger af vindhastigheden. I radarens øjne er dette en ru eller en meget ru overflade. Meget af radarenergien kastes tilbage, og på billedet ses dette som et lyst område. Jo lysere billedet er, jo højere er vindhastigheden. Nu kan du svare på følgende spørgsmål.

Med hvilket gråt niveau vises græsmarker, hovedveje, startbaner og rolige vandoverflader på et radarbillede fra Envisat?

Med et meget mørkt gråt niveau selvfølgelig!
 
 
Lambert glacier
   
En af de største gletsjere i Antarktis: Lambert gletsjeren. Billedstørrelsen er 400 km på tværs.
 
Som du kan se, er billederne bare sorte og hvide. Et hvidt område betyder, at der er en ru overflade, og et mørkere område betyder, at det er en glat overflade. Men vores billeder af Antarktis er optaget i en for os ukendt verden bestående primært af sne og is. Vi er nødt til at forstå, hvordan mikrobølger transmitteret af radaren vil reagere på denne overflade.

De overflader, vi forventer, består af sne, is, klippe og grus, og andre af bar jord og vand. For vandets vedkommende skal vi forstå, hvad ruhed betyder. Klippe vises oftest som lys, grus med småsten og især mudret, ren jord vises som sort. Med hensyn til sne og is er sagen mere kompleks, fordi mikrobølger trænger gennem meget tør sne og is. Det betyder, at vi kan få oplysninger både fra overfladen og fra det dybereliggende volumen. I polarregionerne er overfladen frosset til det meste af året, og derfor er den tør. Den højereliggende del af Antarktis er frosset til hele året rundt. Denne del vises som mørk på billederne. Mikrobølger trænger dybt ind og bliver til sidst absorberet. Overfladen består af dyb, hårdt sammenpresset sne, der langsomt omdannes til is uden at smelte. Det kaldes metamorfosen af snekrystallerne.
 
 
 
ASAR image of Antarctic coast, acquired 21 November
 
 
Tør sne i de lavereliggende dele og på havniveau i Antarktis vises oftest som lys på grund af indfrysning og smeltning. Dette skaber islinser, dvs. små lag af is inden i den pakkede sne. Disse linser er ansvarlige for den kraftige radarrespons og dermed for den lyse forekomst, vi kan se på billederne. Man kan dog også se en mørk zone i lave områder. Den består af enten ren jord eller våd sne. Begge har en glat overflade, og på grund af det høje indhold af flydende vand kan der ikke ske nogen gennemtrængning.

Situationen på havet er temmelig kompleks, fordi der er mange forskellige typer af is og åbent vand, eller kun større eller mindre lineære åbninger, de såkaldte render.
 
 
 Isen, mest havis (frosset havvand), forekommer i mange forskellige former lige fra meget små stykker is til isflager til gigantiske isbjerge.

Herefter skal vi også tænke på vinden og strømmen, der flytter isen rundt, hober den op og på den måde ændrer formen på pakisen og dermed også på vores radarsignal.

Men lad os forenkle fortolkningen af billederne og bare gå igennem de væsentligste havistyper. Vi vil også vurdere de problemer, som isen kan forårsage for navigationen.


  
 
Example of interpretation of different ice types
 
Eksempel på fortolkningen af forskellige istyper
 
 
Havistyper
  

  • Grødis (Grease ice): Et suppeagtig islag under dannelse, som udglatter vandets overflade og får den til at blive mørk på radarbilledet, ligesom en oliefilm (det kan faktisk se ud som olieforurening, men det er det naturligvis ikke).

  • Kvadderis (Shuga): Ophobning af svampede isklumper. Det svarer lidt til grødis, men udglatter vandets overflade endnu mere, dvs. ved højere vindhastighed. Den ses ofte som lange, mørke bånd, der drives af sted af vinden, mens vandet udenom ses som lyst på grund af de vinddrevne bølger. Enorme dønningsbølger er af og til fuldt synlige i sådanne områder. Det er ikke et problem for isbrydere at sejle gennem kvadderis.

  • Tallerkenis (Pancake ice): Felter af is på op til 2 m i diameter med hævede kanter. Den type isområder ser lyse ud på radarbilledet. Dønninger kan bevæge sig gennem denne istype, og man kan se lange bølger. Isbryderne kan let sejle igennem.

  • Gråis, førsteårsis (Grey ice, first year ice): Store isflager, der ofte er skubbet ind i hinanden af vinden. Gråis ses oftest som temmelig mørkegrå på radarbilledet. Dønningen kan næsten ikke bevæge denne is op og ned. Som regel kan isbryderne komme igennem.

  • Middel til tyk førsteårsis (Medium to thick first year ice): Mens de ovenstående istyper antager samme temperatur som vandet, er middel eller tyk førsteårsis som regel over 70 cm tyk, og derfor isolerer den vandet fra luften. Overfladen af disse ofte store isflager er temmelig ru, og derfor er den lys på radarbilledet. Isbrydere, der skal igennem, må arbejde hårdt, og derfor prøver de ofte at navigere rundt om større isflager.

  • Fastis (Fast ice): Fastis eller landfast is er også førsteårsis, der forekommer nær ved kysterne. Denne istype er meget glat og derfor mørk på radarbilledet. Et skib, der trænger igennem, efterlader sig et kølvandsspor. Isbrydere er ofte nødt til at trænge igennem for at nå frem til forskningsstationer på kysten. Det kan være hårdt for en isbryder at trænge igennem.

  • Andetårs- og mangeårs is (Second and multiyear ice): Mange meter tyk havis, der ofte danner kæmpestore isflager, eller som i smelteprocessen danner små isbjerge. Store isflager har en vis struktur, genfrosne revner osv. På radarbilledet vises de som middel eller stærkt lyse, men om sommeren kan de også have mørke felter fra smeltevandssøer eller våd sne. Isbrydere undgår denne istype, og det er nødvendigt at navigere meget forsigtigt.


     
     
     
    ASAR image of 20 November 2003
     
    		 

  • Kæmpeisbjerge eller plane isbjerge fra kælvende gletsjere, ikke havis (Giant ice floes and tabular icebergs from calving glaciers, not sea ice): Kæmpestore flager med en tykkelse fra en snes til over hundrede meter. Deres overflade kan være på mange hundrede kvadratkilometer og de er lyse eller mørke på radarbilleder afhængigt af deres alder, overfladens beskaffenhed og den omgivende temperatur. Men de har alle en lys kant og en mørk kant. Den lyse kant er den del af isvæggen, der vender mod radaren (radaren “ser” aldrig lodret ned, men altid mod højre i bevægelsesretningen af kredsløbet). Den mørke kant er den del af isvæggen, der vender væk fra radarstrålingen. Mindre isbjerge er kun synlige som et lyst punkt. Kæmpestore plane isbjerge kan leve i mange måneder og rejse langt mod varmere breddegrader. Alle disse isstykker er meget farlige for skibsfarten (tænk bare på Titanic!). Isbrydere undgår med alle midler overhovedet at komme i nærheden af dem!
De mindste isbjerge, der kan registreres af radaren, afhænger af omfanget af is over havoverfladen og af den rumlige opløsningsgrad såvel som af “baggrunden”. Hvis havet er roligt omkring det, kan et isbjerg på størrelse med et lille hus (oven vande) formodentlig ses på et radarbillede med høj opløsning (25 m). På et bredvinklet billede med middelopløsning (150 m) skal isbjerget være lidt, men faktisk ikke særligt meget større. I et oprørt hav er små isbjerge svære at se på den baggrund, og de bliver ofte ikke opdaget, mens større bjerge (på mere end 500 m) kan ses.

Alle disse angivelser vil hjælpe os med at forstå radarbilleder taget i nærheden af den arktiske eller antarktiske region.
 
 
  
Last update: 7 Maj 2013


Antarktis ekspeditionen 2003

 •  Indledning (http://www.esa.int/SPECIALS/Eduspace_Global_DK/SEM2Y6VJ15G_0.html)

Øvelser

 •  Indledning (http://www.esa.int/SPECIALS/Eduspace_Global_DK/SEM2Y7VJ15G_0.html)
 •  Øvelse 1 - Ledsag en klassekammerat (http://www.esa.int/SPECIALS/Eduspace_Global_DK/SEM22EVJ15G_0.html)
 •  Øvelse 2 - Styr isbryderen gennem isen med brug af billeder og kort (http://www.esa.int/SPECIALS/Eduspace_Global_DK/SEM4GHVJ15G_0.html)
 •  Øvelse 3 - Styr isbryderen gennem isen med brug af computer (http://www.esa.int/SPECIALS/Eduspace_Global_DK/SEM6DLVJ15G_0.html)
 •  Øvelse 4 - Hjælp, isbryderen sidder fast! (http://www.esa.int/SPECIALS/Eduspace_Global_DK/SEMEELVJ15G_0.html)