Literature review on estimating ice thickness

Abstract

This report is a literature review on how to estimate ice thickness using satellite altimeter and satellite SAR. A presentation is given on ice, the properties of ice and on how sea ice and the ocean reflect back to the SAR satellite. It is important to have knowledge of the sea ice volume, sea ice export, and of how the ice varies inter-annually due to climate changes, as well as oil and gas exploitation, ship traffic, and new ship routes in the north. Much research has been done on how to estimate the sea ice freeboard using a satellite altimeter, for example ICESat and CryoSat-2. Some of the results show good agreement with in situ measurements. The data show a decline in the sea ice volume in the Arctic over many years. Many different attempts have been made to estimate the sea ice thickness using satellite SAR. It has been claimed that it is impossible to estimate the sea ice thickness using SAR alone. Trials have been done to estimate the sea ice thickness by using satellite SAR. Some background information is necessary to be able to estimate the sea ice thickness by using SAR. It is for example necessary to localize areas with thin ice before it is possible to estimate the sea ice thickness. Many of the trials that have been done to estimate the sea ice thickness with SAR have been successful, but the estimates have been done within a certain thickness range where the approximate sea ice thickness is known in advance. If different methods are used to estimate the thickness of thin and thick ice, the chances are better to get the sea ice thickness estimate correct.

Denne rapporten er et litteraturstudie om hvordan en kan beregne tykkelsen på sjøis ved å bruke altimeter (høydemåler) på satellitt og satellitt-SAR (syntetisk apertur-radar). Rapporten presenterer sjøis og egenskapene til sjøis, og gir en gjennomgang av hvordan sjøis reflekterer radarstråler tilbake til radaren. Det er viktig å ha kunnskap om sjøisvolumet og sjøiseksporten ut av Arktis, og kunnskap om hvordan sjøisen varierer fra år til år slik at en kan følge med på virkninger av klimaforandringer, olje- og gassutnytting, skipstrafikk og nye sjøruter på grunn av smelting av isen i nord. Det er blitt forsket mye på hvordan en kan beregne istykkelsen ved hjelp av satellittaltimeter, for eksempel ICESat og CryoSat-2. Noen av resultatene viser god overenstemmelse med målinger på stedet. Dataene viser en minking av sjøisvolumet i Arktis over mange år. Forsøk har også blitt gjort på å estimere sjøistykkelsen ved å bruke satellitt-SAR. Det hevdes at det er umulig å beregne sjøistykkelsen bare ved hjelp av SAR. Det trengs noe bakgrunnsinformasjon for å kunne beregne sjøistykkelsen med SAR. Det er for eksempel nødvendig å lokalisere områder med tynn is før en kan beregne sjøistykkelsen. Mange av forsøkene på å beregne sjøistykkelsen med SAR har vært vellykkede, men det er estimater som er gjort innenfor en viss tykkelseområde der den omtrentlige tykkelsen er kjent på forhånd. Blir det for eksempel brukt forskjellige metoder for å beregne tykkelsen av tynn og tykk is, vil det være større sjanse for at estimatet av sjøistykkelsesen blir riktig.