Erts Data in Glaciology—An Effort to Monitor Glacier Mass Balance from Satellite Imagery

Abstract

Due to increased demand for electric energy, which in Norway is produced almost entirely by hydro-electric power plants, extensive glacierized basins are now considered for future power production, However, glacier behaviour has a great impact on the annual run-off from these basins, and information about expected annual deviations from a “normal” discharge must be obtained from mass-balance studies on representative glaciers within the basin. For this reason such studies are presently performed at eight selected Norwegian glaciers; the costs involved are in the order of 10 000 annually for each observed glacier. The transient snow line can be identified easily on conventional air photographs and its height determined by direct comparisons with reliable topographie maps (with contour lines on glaciers). The resolution in ERTS images is sufficiently good to use the satellite data for a similar height determination of the transient snow line on glaciers—at least on the larger valley glaciers and, of course, on ice caps. Due to an existing correlation between the height of the transient snow line (at the end of the melt season) and the annual specific net mass balance, it is possible to construct a diagram expressing this relationship, provided detailed mass-balance studies have been performed during a period of several years of different mass-balance conditions (ideally comprising both years of negative and of positive net balances). Determinations of the transient snow-line height based upon ERTS data, obtained at the end of the summer season, can then be used to determine the mass balance for those glaciers where the above-mentioned relationship is established. This would be a great advantage in cases where there is a request for information on the net balance only; no separate data on winter balance or summer balance will be obtained by this method. Experiments have been performed to delineate the transient snow line on glaciers directly from ERTS digital data (CCT magnetic tape). The results indicate that last winter’s snow is characterized by grey-levels 41-48 (of 63 possible grey-scale levels) on MSS-7, whereas exposed glacier ice is represented by levels 13—20 in the same multi-spectral band. Snow and ice can also be separated on MSS-4, but the difference in grey-scale levels between the two materials is much smaller. Résumé En raison de la demande accrue d’énergie électrique qui, en Norvège, est presque entièrement d’origine hydro-électrique, de grands bassins englacés sont actuellement examinés du point de vue de leurs possibilités de production future d’énergie. Quoiqu’il en soit, les comportements des glaciers ont une influence importante sur les écoulements annuels en provenance de ces bassins et une prévision des variations annuelles attendues par rapport à un débit “normal” peut être basée sur des études de bilans dans des glaciers représentatifs du bassin. C’est pourquoi, de telles études sont actuellement conduites sur huit glaciers sélectionnés en Norvège; les coûts annuels sont de l’ordre de 3 000 à 18 000 $ annuellement pour chaque glacier observé. La ligne provisoire des névés peut facilement être identifiée sur des photographies aériennes conventionnelles et sa hauteur repérée par des comparaisons directes avec des caries topographiques valables (avec courbes de niveau sur le glacier). La résolution des images ERTS est assez bonne pour utiliser les données du satellite pour déterminer de la même manière la hauteur de la ligne provisoire des névés sur les glaciers — au moins sur les plus larges glaciers de vallée et, bien sûr, sur les calotte glaciaires. Comme il y a une corrélation entre la hauteur de la ligne provisoire des névés (à la fin de la saison d’ablation) et le bilan spécifique net annuel, on peut construire un diagramme exprimant cette relation, pourvu que des études détaillées de bilan aient été poursuivies pendant plusieurs années à bilans différents (comprenant si possible des bilans positifs et des bilans négatifs). Si cette relation est connue, on peut alors utiliser les déterminations de la ligne provisoire des névés en fin d’été pour estimer les bilans de ces glaciers. Ceci serait d’une grande utilité au cas où l’on n’aurait besoin que du bilan annuel; mais cette méthode ne permet pas de distinguer séparément les apports d’été et d’hiver. On a essayé de distinguer la ligne provisoire des névés sur les glaciers directement à partir des données digitales de ERTS (touches magnétiques CCT). Les résultats montrent que la neige du dernier hiver est caractérisée par un degré de gris 41 à 48 (parmi les 63 degrés possibles de l’échelle des gris) sur le MSS-7 tandis que la glace de glacier découverte est représentée par des degrés 13 à 20 sur la même bande multi-spectrale. La neige et la glace peuvent aussi être séparées par le MSS-4, mais la différence dans les degrés de l’échelle des gris des deux matériaux est beaucoup plus petite. Zusammenfassung Infolge des erhöhten Bedarfes an elektrischer Energie, die in Norwegen fast ausschliesslich in Wasserkraftwerken erzeugt wird, werden jetzt stark vergletscherte Täler im Hinblick auf zukünftige Energieproduktion untersucht. Das Verhalten der Gletscher ist von grosser Bedeutung für den jährlichen Abfluss aus diesen Tälern; Daten über voraussichtliche jährliche Abweichungen...