Variabilité saisonnière de l'écoulement des glaciers groenlandais : observations par satellite et modélisation numérique pour étudier les processus moteurs

The recent changes of outlet glaciers flow speed have vast control of the undergoing mass loss of the Greenland ice sheet. The processes driving the flow variability on different time scales, as well as the associated consequences and feedbacks, are not yet entirely understood. This is partly because the lack of frequent, precise, and large-scale observations limits the development of the numerical models. It is particularly difficult to resolve seasonal speed fluctuations, yet it is crucial to better constrain the physical processes controlling the ice flow.This thesis aims to address (i) the difficulties that exist in establishing robust seasonal time-series of Greenland glacier surface velocities from satellite observations, and (ii) the use of these time-series in numerical models for better understanding of the flow drivers.Satellites are able to cover large areas in a relatively short time and uniform way. Continuous time-series with seasonal temporal resolution have only started to be used recently, due to the limited number of image acquisitions made previously. Nevertheless, the time-series of ice surface velocity derived from individual sensors remain temporally incomplete and relatively noisy. Taking together three suitable satellites (Landsat-8, Sentinel-2, and Sentinel-1) across three case study sites in Greenland (Russell sector, Upernavik Isstrøm and Petermann Gletscher), we demonstrate that it is possible to obtain continuous year-around time-series only by combining results from multiple satellites. It is also shown here that by applying post-processing based on the data redundancy to such multi-sensor datasets, we are able to achieve persistent tracking of ice surface motion with a temporal resolution of about 2 weeks and mean accuracy of about 10 m/yr. With such parameters, we can resolve the seasonal variability of greenlandic glaciers where previous studies had limited success.Elaboration of reliable numerical models which would correctly represent the ice flow processes requires suitable observations for the calibration and validation. In the land-terminating sector around Russell Gletscher, we explore the ability of an existing numerical modelling method to use advantageously the obtained high-frequency satellite-derived maps of surface velocity to infer seasonal variations in subglacial conditions. It is widely recognized that they exert a major control on the flow variability, however, despite recent theoretical and modelling developments, constraining the processes in situ remains a key question in Glaciology. By applying the inverse control method implemented in Elmer/Ice on biweekly velocity maps, we estimate the year-around evolution of glacier basal sliding speed, basal traction, and subglacial water pressure with an unprecedented spatial and temporal resolution. Our analysis shows that such results can be successfully used to reveal the functioning of the subglacial environment over different timescales and its influence on glacier speed. These results also could serve as an intermediate validation for more complex ice-flow/subglacial-hydrology coupled models.Les changements récents de la vitesse d'écoulement des glaciers ont une grande influence sur la perte de masse actuelle de la calotte glaciaire du Groenland. Les processus à l'origine de la variabilité de l'écoulement à différentes échelles de temps, ainsi que les conséquences et les rétroactions associées, ne sont pas encore entièrement compris. Ceci est partiellement dû au fait que le manque d'observations fréquentes, précises et à grande échelle limite le développement des modèles numériques. Il est particulièrement difficile de résoudre les fluctuations saisonnières de vitesse, mais il est crucial de mieux contraindre les processus physiques contrôlant l'écoulement de la glace.Cette thèse se concentre donc sur (i) les difficultés qui existent dans l'établissement de séries temporelles saisonnières robustes de la vitesse de surface des glaciers du Groenland à partir d'observations satellitaires, et (ii) l'utilisation de ces séries temporelles dans les modèles numériques pour une meilleure compréhension des facteurs affectant l'écoulement.Les satellites sont capables de couvrir de vastes zones en un temps relativement court et de manière uniforme. Les séries temporelles continues avec une résolution temporelle saisonnière n'ont commencé à être utilisées que récemment, en raison du nombre limité d'acquisitions d'images réalisées auparavant. De plus, les séries temporelles des vitesses dérivées de capteurs individuels restent temporellement incomplètes et relativement bruitées. En combinant trois satellites appropriés (Landsat-8, Sentinel-2 et Sentinel-1) sur trois sites d'étude au Groenland (le secteur de Russell, Upernavik Isstrøm et Petermann Gletscher), nous démontrons qu'il est possible d'obtenir des séries temporelles continues sur toute l'année. Nous montrons également ici qu'en appliquant un post-traitement basé sur la redondance des données à ces ensembles de mesures multi-capteurs, nous sommes en mesure d'obtenir un suivi du mouvement de la surface de la glace avec une résolution temporelle d'environ 2 semaines et une précision moyenne d'environ 10 m/an. Avec de tels paramètres, nous pouvons résoudre la variabilité saisonnière des glaciers du Groenland où les études précédentes n'ont eu qu'un succès limité.L'élaboration de modèles numériques fiables représentant correctement les processus affectant l’écoulement de la glace nécessite des observations appropriées pour leurs calibrations et validations. Dans le secteur autour de Russell Gletscher, nous explorons la capacité d'une méthode de modélisation numérique existante à utiliser avantageusement les séries temporelles obtenues précédemment pour en déduire les variations saisonnières des conditions sous-glaciaires. Il est largement reconnu qu'ils exercent un contrôle majeur sur la variabilité des débits, cependant, malgré des développements théoriques et de modélisation récente, la contrainte du processus in situ reste une question clé en glaciologie. En appliquant la méthode de contrôle inverse mis en œuvre en modèle d’écoulement glaciaire Elmer/Ice sur des cartes de vitesse bimensuel, nous estimons l'évolution tout au long de l'année de la vitesse de glissement basale des glaciers, de la traction basale et de la pression d'eau sous-glaciaire avec une résolution spatiale détaillée. Notre analyse montre que ces résultats peuvent être utilisés avec succès pour révéler le fonctionnement de l'environnement sous-glaciaire sur différentes échelles de temps et son influence sur la vitesse des glaciers. Ces résultats pourraient également servir de validation intermédiaire pour des modèles couplés plus complexes entre l'écoulement glaciaire et l’hydrologie sous-glaciaire

Variabilité saisonnière de l'écoulement des glaciers groenlandais : observations par satellite et modélisation numérique pour étudier les processus moteurs

The recent changes of outlet glaciers flow speed have vast control of the undergoing mass loss of the Greenland ice sheet. The processes driving the flow variability on different time scales, as well as the associated consequences and feedbacks, are not yet entirely understood. This is partly because the lack of frequent, precise, and large-scale observations limits the development of the numerical models. It is particularly difficult to resolve seasonal speed fluctuations, yet it is crucial to better constrain the physical processes controlling the ice flow.This thesis aims to address (i) the difficulties that exist in establishing robust seasonal time-series of Greenland glacier surface velocities from satellite observations, and (ii) the use of these time-series in numerical models for better understanding of the flow drivers.Satellites are able to cover large areas in a relatively short time and uniform way. Continuous time-series with seasonal temporal resolution have only started to be used recently, due to the limited number of image acquisitions made previously. Nevertheless, the time-series of ice surface velocity derived from individual sensors remain temporally incomplete and relatively noisy. Taking together three suitable satellites (Landsat-8, Sentinel-2, and Sentinel-1) across three case study sites in Greenland (Russell sector, Upernavik Isstrøm and Petermann Gletscher), we demonstrate that it is possible to obtain continuous year-around time-series only by combining results from multiple satellites. It is also shown here that by applying post-processing based on the data redundancy to such multi-sensor datasets, we are able to achieve persistent tracking of ice surface motion with a temporal resolution of about 2 weeks and mean accuracy of about 10 m/yr. With such parameters, we can resolve the seasonal variability of greenlandic glaciers where previous studies had limited success.Elaboration of reliable numerical models which would correctly represent the ice flow processes requires suitable observations for the calibration and validation. In the land-terminating sector around Russell Gletscher, we explore the ability of an existing numerical modelling method to use advantageously the obtained high-frequency satellite-derived maps of surface velocity to infer seasonal variations in subglacial conditions. It is widely recognized that they exert a major control on the flow variability, however, despite recent theoretical and modelling developments, constraining the processes in situ remains a key question in Glaciology. By applying the inverse control method implemented in Elmer/Ice on biweekly velocity maps, we estimate the year-around evolution of glacier basal sliding speed, basal traction, and subglacial water pressure with an unprecedented spatial and temporal resolution. Our analysis shows that such results can be successfully used to reveal the functioning of the subglacial environment over different timescales and its influence on glacier speed. These results also could serve as an intermediate validation for more complex ice-flow/subglacial-hydrology coupled models.Les changements récents de la vitesse d'écoulement des glaciers ont une grande influence sur la perte de masse actuelle de la calotte glaciaire du Groenland. Les processus à l'origine de la variabilité de l'écoulement à différentes échelles de temps, ainsi que les conséquences et les rétroactions associées, ne sont pas encore entièrement compris. Ceci est partiellement dû au fait que le manque d'observations fréquentes, précises et à grande échelle limite le développement des modèles numériques. Il est particulièrement difficile de résoudre les fluctuations saisonnières de vitesse, mais il est crucial de mieux contraindre les processus physiques contrôlant l'écoulement de la glace.Cette thèse se concentre donc sur (i) les difficultés qui existent dans l'établissement de séries temporelles saisonnières robustes de la vitesse de surface des glaciers du Groenland à partir d'observations satellitaires, et (ii) l'utilisation de ces séries temporelles dans les modèles numériques pour une meilleure compréhension des facteurs affectant l'écoulement.Les satellites sont capables de couvrir de vastes zones en un temps relativement court et de manière uniforme. Les séries temporelles continues avec une résolution temporelle saisonnière n'ont commencé à être utilisées que récemment, en raison du nombre limité d'acquisitions d'images réalisées auparavant. De plus, les séries temporelles des vitesses dérivées de capteurs individuels restent temporellement incomplètes et relativement bruitées. En combinant trois satellites appropriés (Landsat-8, Sentinel-2 et Sentinel-1) sur trois sites d'étude au Groenland (le secteur de Russell, Upernavik Isstrøm et Petermann Gletscher), nous démontrons qu'il est possible d'obtenir des séries temporelles continues sur toute l'année. Nous montrons également ici qu'en appliquant un post-traitement basé sur la redondance des données à ces ensembles de mesures multi-capteurs, nous sommes en mesure d'obtenir un suivi du mouvement de la surface de la glace avec une résolution temporelle d'environ 2 semaines et une précision moyenne d'environ 10 m/an. Avec de tels paramètres, nous pouvons résoudre la variabilité saisonnière des glaciers du Groenland où les études précédentes n'ont eu qu'un succès limité.L'élaboration de modèles numériques fiables représentant correctement les processus affectant l’écoulement de la glace nécessite des observations appropriées pour leurs calibrations et validations. Dans le secteur autour de Russell Gletscher, nous explorons la capacité d'une méthode de modélisation numérique existante à utiliser avantageusement les séries temporelles obtenues précédemment pour en déduire les variations saisonnières des conditions sous-glaciaires. Il est largement reconnu qu'ils exercent un contrôle majeur sur la variabilité des débits, cependant, malgré des développements théoriques et de modélisation récente, la contrainte du processus in situ reste une question clé en glaciologie. En appliquant la méthode de contrôle inverse mis en œuvre en modèle d’écoulement glaciaire Elmer/Ice sur des cartes de vitesse bimensuel, nous estimons l'évolution tout au long de l'année de la vitesse de glissement basale des glaciers, de la traction basale et de la pression d'eau sous-glaciaire avec une résolution spatiale détaillée. Notre analyse montre que ces résultats peuvent être utilisés avec succès pour révéler le fonctionnement de l'environnement sous-glaciaire sur différentes échelles de temps et son influence sur la vitesse des glaciers. Ces résultats pourraient également servir de validation intermédiaire pour des modèles couplés plus complexes entre l'écoulement glaciaire et l’hydrologie sous-glaciaire

Seasonal flow variability of Greenlandic glaciers : satellite observations and numerical modeling to study driving processes

Les changements récents de la vitesse d'écoulement des glaciers ont une grande influence sur la perte de masse actuelle de la calotte glaciaire du Groenland. Les processus à l'origine de la variabilité de l'écoulement à différentes échelles de temps, ainsi que les conséquences et les rétroactions associées, ne sont pas encore entièrement compris. Ceci est partiellement dû au fait que le manque d'observations fréquentes, précises et à grande échelle limite le développement des modèles numériques. Il est particulièrement difficile de résoudre les fluctuations saisonnières de vitesse, mais il est crucial de mieux contraindre les processus physiques contrôlant l'écoulement de la glace.Cette thèse se concentre donc sur (i) les difficultés qui existent dans l'établissement de séries temporelles saisonnières robustes de la vitesse de surface des glaciers du Groenland à partir d'observations satellitaires, et (ii) l'utilisation de ces séries temporelles dans les modèles numériques pour une meilleure compréhension des facteurs affectant l'écoulement.Les satellites sont capables de couvrir de vastes zones en un temps relativement court et de manière uniforme. Les séries temporelles continues avec une résolution temporelle saisonnière n'ont commencé à être utilisées que récemment, en raison du nombre limité d'acquisitions d'images réalisées auparavant. De plus, les séries temporelles des vitesses dérivées de capteurs individuels restent temporellement incomplètes et relativement bruitées. En combinant trois satellites appropriés (Landsat-8, Sentinel-2 et Sentinel-1) sur trois sites d'étude au Groenland (le secteur de Russell, Upernavik Isstrøm et Petermann Gletscher), nous démontrons qu'il est possible d'obtenir des séries temporelles continues sur toute l'année. Nous montrons également ici qu'en appliquant un post-traitement basé sur la redondance des données à ces ensembles de mesures multi-capteurs, nous sommes en mesure d'obtenir un suivi du mouvement de la surface de la glace avec une résolution temporelle d'environ 2 semaines et une précision moyenne d'environ 10 m/an. Avec de tels paramètres, nous pouvons résoudre la variabilité saisonnière des glaciers du Groenland où les études précédentes n'ont eu qu'un succès limité.L'élaboration de modèles numériques fiables représentant correctement les processus affectant l’écoulement de la glace nécessite des observations appropriées pour leurs calibrations et validations. Dans le secteur autour de Russell Gletscher, nous explorons la capacité d'une méthode de modélisation numérique existante à utiliser avantageusement les séries temporelles obtenues précédemment pour en déduire les variations saisonnières des conditions sous-glaciaires. Il est largement reconnu qu'ils exercent un contrôle majeur sur la variabilité des débits, cependant, malgré des développements théoriques et de modélisation récente, la contrainte du processus in situ reste une question clé en glaciologie. En appliquant la méthode de contrôle inverse mis en œuvre en modèle d’écoulement glaciaire Elmer/Ice sur des cartes de vitesse bimensuel, nous estimons l'évolution tout au long de l'année de la vitesse de glissement basale des glaciers, de la traction basale et de la pression d'eau sous-glaciaire avec une résolution spatiale détaillée. Notre analyse montre que ces résultats peuvent être utilisés avec succès pour révéler le fonctionnement de l'environnement sous-glaciaire sur différentes échelles de temps et son influence sur la vitesse des glaciers. Ces résultats pourraient également servir de validation intermédiaire pour des modèles couplés plus complexes entre l'écoulement glaciaire et l’hydrologie sous-glaciaire.The recent changes of outlet glaciers flow speed have vast control of the undergoing mass loss of the Greenland ice sheet. The processes driving the flow variability on different time scales, as well as the associated consequences and feedbacks, are not yet entirely understood. This is partly because the lack of frequent, precise, and large-scale observations limits the development of the numerical models. It is particularly difficult to resolve seasonal speed fluctuations, yet it is crucial to better constrain the physical processes controlling the ice flow.This thesis aims to address (i) the difficulties that exist in establishing robust seasonal time-series of Greenland glacier surface velocities from satellite observations, and (ii) the use of these time-series in numerical models for better understanding of the flow drivers.Satellites are able to cover large areas in a relatively short time and uniform way. Continuous time-series with seasonal temporal resolution have only started to be used recently, due to the limited number of image acquisitions made previously. Nevertheless, the time-series of ice surface velocity derived from individual sensors remain temporally incomplete and relatively noisy. Taking together three suitable satellites (Landsat-8, Sentinel-2, and Sentinel-1) across three case study sites in Greenland (Russell sector, Upernavik Isstrøm and Petermann Gletscher), we demonstrate that it is possible to obtain continuous year-around time-series only by combining results from multiple satellites. It is also shown here that by applying post-processing based on the data redundancy to such multi-sensor datasets, we are able to achieve persistent tracking of ice surface motion with a temporal resolution of about 2 weeks and mean accuracy of about 10 m/yr. With such parameters, we can resolve the seasonal variability of greenlandic glaciers where previous studies had limited success.Elaboration of reliable numerical models which would correctly represent the ice flow processes requires suitable observations for the calibration and validation. In the land-terminating sector around Russell Gletscher, we explore the ability of an existing numerical modelling method to use advantageously the obtained high-frequency satellite-derived maps of surface velocity to infer seasonal variations in subglacial conditions. It is widely recognized that they exert a major control on the flow variability, however, despite recent theoretical and modelling developments, constraining the processes in situ remains a key question in Glaciology. By applying the inverse control method implemented in Elmer/Ice on biweekly velocity maps, we estimate the year-around evolution of glacier basal sliding speed, basal traction, and subglacial water pressure with an unprecedented spatial and temporal resolution. Our analysis shows that such results can be successfully used to reveal the functioning of the subglacial environment over different timescales and its influence on glacier speed. These results also could serve as an intermediate validation for more complex ice-flow/subglacial-hydrology coupled models

Variabilité saisonnière de l'écoulement des glaciers groenlandais : observations par satellite et modélisation numérique pour étudier les processus moteurs

The recent changes of outlet glaciers flow speed have vast control of the undergoing mass loss of the Greenland ice sheet. The processes driving the flow variability on different time scales, as well as the associated consequences and feedbacks, are not yet entirely understood. This is partly because the lack of frequent, precise, and large-scale observations limits the development of the numerical models. It is particularly difficult to resolve seasonal speed fluctuations, yet it is crucial to better constrain the physical processes controlling the ice flow.This thesis aims to address (i) the difficulties that exist in establishing robust seasonal time-series of Greenland glacier surface velocities from satellite observations, and (ii) the use of these time-series in numerical models for better understanding of the flow drivers.Satellites are able to cover large areas in a relatively short time and uniform way. Continuous time-series with seasonal temporal resolution have only started to be used recently, due to the limited number of image acquisitions made previously. Nevertheless, the time-series of ice surface velocity derived from individual sensors remain temporally incomplete and relatively noisy. Taking together three suitable satellites (Landsat-8, Sentinel-2, and Sentinel-1) across three case study sites in Greenland (Russell sector, Upernavik Isstrøm and Petermann Gletscher), we demonstrate that it is possible to obtain continuous year-around time-series only by combining results from multiple satellites. It is also shown here that by applying post-processing based on the data redundancy to such multi-sensor datasets, we are able to achieve persistent tracking of ice surface motion with a temporal resolution of about 2 weeks and mean accuracy of about 10 m/yr. With such parameters, we can resolve the seasonal variability of greenlandic glaciers where previous studies had limited success.Elaboration of reliable numerical models which would correctly represent the ice flow processes requires suitable observations for the calibration and validation. In the land-terminating sector around Russell Gletscher, we explore the ability of an existing numerical modelling method to use advantageously the obtained high-frequency satellite-derived maps of surface velocity to infer seasonal variations in subglacial conditions. It is widely recognized that they exert a major control on the flow variability, however, despite recent theoretical and modelling developments, constraining the processes in situ remains a key question in Glaciology. By applying the inverse control method implemented in Elmer/Ice on biweekly velocity maps, we estimate the year-around evolution of glacier basal sliding speed, basal traction, and subglacial water pressure with an unprecedented spatial and temporal resolution. Our analysis shows that such results can be successfully used to reveal the functioning of the subglacial environment over different timescales and its influence on glacier speed. These results also could serve as an intermediate validation for more complex ice-flow/subglacial-hydrology coupled models.Les changements récents de la vitesse d'écoulement des glaciers ont une grande influence sur la perte de masse actuelle de la calotte glaciaire du Groenland. Les processus à l'origine de la variabilité de l'écoulement à différentes échelles de temps, ainsi que les conséquences et les rétroactions associées, ne sont pas encore entièrement compris. Ceci est partiellement dû au fait que le manque d'observations fréquentes, précises et à grande échelle limite le développement des modèles numériques. Il est particulièrement difficile de résoudre les fluctuations saisonnières de vitesse, mais il est crucial de mieux contraindre les processus physiques contrôlant l'écoulement de la glace.Cette thèse se concentre donc sur (i) les difficultés qui existent dans l'établissement de séries temporelles saisonnières robustes de la vitesse de surface des glaciers du Groenland à partir d'observations satellitaires, et (ii) l'utilisation de ces séries temporelles dans les modèles numériques pour une meilleure compréhension des facteurs affectant l'écoulement.Les satellites sont capables de couvrir de vastes zones en un temps relativement court et de manière uniforme. Les séries temporelles continues avec une résolution temporelle saisonnière n'ont commencé à être utilisées que récemment, en raison du nombre limité d'acquisitions d'images réalisées auparavant. De plus, les séries temporelles des vitesses dérivées de capteurs individuels restent temporellement incomplètes et relativement bruitées. En combinant trois satellites appropriés (Landsat-8, Sentinel-2 et Sentinel-1) sur trois sites d'étude au Groenland (le secteur de Russell, Upernavik Isstrøm et Petermann Gletscher), nous démontrons qu'il est possible d'obtenir des séries temporelles continues sur toute l'année. Nous montrons également ici qu'en appliquant un post-traitement basé sur la redondance des données à ces ensembles de mesures multi-capteurs, nous sommes en mesure d'obtenir un suivi du mouvement de la surface de la glace avec une résolution temporelle d'environ 2 semaines et une précision moyenne d'environ 10 m/an. Avec de tels paramètres, nous pouvons résoudre la variabilité saisonnière des glaciers du Groenland où les études précédentes n'ont eu qu'un succès limité.L'élaboration de modèles numériques fiables représentant correctement les processus affectant l’écoulement de la glace nécessite des observations appropriées pour leurs calibrations et validations. Dans le secteur autour de Russell Gletscher, nous explorons la capacité d'une méthode de modélisation numérique existante à utiliser avantageusement les séries temporelles obtenues précédemment pour en déduire les variations saisonnières des conditions sous-glaciaires. Il est largement reconnu qu'ils exercent un contrôle majeur sur la variabilité des débits, cependant, malgré des développements théoriques et de modélisation récente, la contrainte du processus in situ reste une question clé en glaciologie. En appliquant la méthode de contrôle inverse mis en œuvre en modèle d’écoulement glaciaire Elmer/Ice sur des cartes de vitesse bimensuel, nous estimons l'évolution tout au long de l'année de la vitesse de glissement basale des glaciers, de la traction basale et de la pression d'eau sous-glaciaire avec une résolution spatiale détaillée. Notre analyse montre que ces résultats peuvent être utilisés avec succès pour révéler le fonctionnement de l'environnement sous-glaciaire sur différentes échelles de temps et son influence sur la vitesse des glaciers. Ces résultats pourraient également servir de validation intermédiaire pour des modèles couplés plus complexes entre l'écoulement glaciaire et l’hydrologie sous-glaciaire

Variabilité saisonnière de l'écoulement des glaciers groenlandais : observations par satellite et modélisation numérique pour étudier les processus moteurs

The recent changes of outlet glaciers flow speed have vast control of the undergoing mass loss of the Greenland ice sheet. The processes driving the flow variability on different time scales, as well as the associated consequences and feedbacks, are not yet entirely understood. This is partly because the lack of frequent, precise, and large-scale observations limits the development of the numerical models. It is particularly difficult to resolve seasonal speed fluctuations, yet it is crucial to better constrain the physical processes controlling the ice flow.This thesis aims to address (i) the difficulties that exist in establishing robust seasonal time-series of Greenland glacier surface velocities from satellite observations, and (ii) the use of these time-series in numerical models for better understanding of the flow drivers.Satellites are able to cover large areas in a relatively short time and uniform way. Continuous time-series with seasonal temporal resolution have only started to be used recently, due to the limited number of image acquisitions made previously. Nevertheless, the time-series of ice surface velocity derived from individual sensors remain temporally incomplete and relatively noisy. Taking together three suitable satellites (Landsat-8, Sentinel-2, and Sentinel-1) across three case study sites in Greenland (Russell sector, Upernavik Isstrøm and Petermann Gletscher), we demonstrate that it is possible to obtain continuous year-around time-series only by combining results from multiple satellites. It is also shown here that by applying post-processing based on the data redundancy to such multi-sensor datasets, we are able to achieve persistent tracking of ice surface motion with a temporal resolution of about 2 weeks and mean accuracy of about 10 m/yr. With such parameters, we can resolve the seasonal variability of greenlandic glaciers where previous studies had limited success.Elaboration of reliable numerical models which would correctly represent the ice flow processes requires suitable observations for the calibration and validation. In the land-terminating sector around Russell Gletscher, we explore the ability of an existing numerical modelling method to use advantageously the obtained high-frequency satellite-derived maps of surface velocity to infer seasonal variations in subglacial conditions. It is widely recognized that they exert a major control on the flow variability, however, despite recent theoretical and modelling developments, constraining the processes in situ remains a key question in Glaciology. By applying the inverse control method implemented in Elmer/Ice on biweekly velocity maps, we estimate the year-around evolution of glacier basal sliding speed, basal traction, and subglacial water pressure with an unprecedented spatial and temporal resolution. Our analysis shows that such results can be successfully used to reveal the functioning of the subglacial environment over different timescales and its influence on glacier speed. These results also could serve as an intermediate validation for more complex ice-flow/subglacial-hydrology coupled models.Les changements récents de la vitesse d'écoulement des glaciers ont une grande influence sur la perte de masse actuelle de la calotte glaciaire du Groenland. Les processus à l'origine de la variabilité de l'écoulement à différentes échelles de temps, ainsi que les conséquences et les rétroactions associées, ne sont pas encore entièrement compris. Ceci est partiellement dû au fait que le manque d'observations fréquentes, précises et à grande échelle limite le développement des modèles numériques. Il est particulièrement difficile de résoudre les fluctuations saisonnières de vitesse, mais il est crucial de mieux contraindre les processus physiques contrôlant l'écoulement de la glace.Cette thèse se concentre donc sur (i) les difficultés qui existent dans l'établissement de séries temporelles saisonnières robustes de la vitesse de surface des glaciers du Groenland à partir d'observations satellitaires, et (ii) l'utilisation de ces séries temporelles dans les modèles numériques pour une meilleure compréhension des facteurs affectant l'écoulement.Les satellites sont capables de couvrir de vastes zones en un temps relativement court et de manière uniforme. Les séries temporelles continues avec une résolution temporelle saisonnière n'ont commencé à être utilisées que récemment, en raison du nombre limité d'acquisitions d'images réalisées auparavant. De plus, les séries temporelles des vitesses dérivées de capteurs individuels restent temporellement incomplètes et relativement bruitées. En combinant trois satellites appropriés (Landsat-8, Sentinel-2 et Sentinel-1) sur trois sites d'étude au Groenland (le secteur de Russell, Upernavik Isstrøm et Petermann Gletscher), nous démontrons qu'il est possible d'obtenir des séries temporelles continues sur toute l'année. Nous montrons également ici qu'en appliquant un post-traitement basé sur la redondance des données à ces ensembles de mesures multi-capteurs, nous sommes en mesure d'obtenir un suivi du mouvement de la surface de la glace avec une résolution temporelle d'environ 2 semaines et une précision moyenne d'environ 10 m/an. Avec de tels paramètres, nous pouvons résoudre la variabilité saisonnière des glaciers du Groenland où les études précédentes n'ont eu qu'un succès limité.L'élaboration de modèles numériques fiables représentant correctement les processus affectant l’écoulement de la glace nécessite des observations appropriées pour leurs calibrations et validations. Dans le secteur autour de Russell Gletscher, nous explorons la capacité d'une méthode de modélisation numérique existante à utiliser avantageusement les séries temporelles obtenues précédemment pour en déduire les variations saisonnières des conditions sous-glaciaires. Il est largement reconnu qu'ils exercent un contrôle majeur sur la variabilité des débits, cependant, malgré des développements théoriques et de modélisation récente, la contrainte du processus in situ reste une question clé en glaciologie. En appliquant la méthode de contrôle inverse mis en œuvre en modèle d’écoulement glaciaire Elmer/Ice sur des cartes de vitesse bimensuel, nous estimons l'évolution tout au long de l'année de la vitesse de glissement basale des glaciers, de la traction basale et de la pression d'eau sous-glaciaire avec une résolution spatiale détaillée. Notre analyse montre que ces résultats peuvent être utilisés avec succès pour révéler le fonctionnement de l'environnement sous-glaciaire sur différentes échelles de temps et son influence sur la vitesse des glaciers. Ces résultats pourraient également servir de validation intermédiaire pour des modèles couplés plus complexes entre l'écoulement glaciaire et l’hydrologie sous-glaciaire

Data Reduction Using Statistical and Regression Approaches for Ice Velocity Derived by Landsat-8, Sentinel-1 and Sentinel-2

International audienceDuring the last decade, the number of available satellite observations has increased significantly, allowing for far more frequent measurements of the glacier speed. Appropriate methods of post-processing need to be developed to efficiently deal with the large volumes of data generated and relatively large intrinsic errors associated with the measurements. Here, we process and combine together measurements of ice velocity of Russell Gletscher in Greenland from three satellites—Sentinel-1, Sentinel-2, and Landsat-8, creating a multi-year velocity database with high temporal and spatial resolution. We then investigate post-processing methodologies with the aim of generating corrected, ordered, and simplified time series. We tested rolling mean and median, cubic spline regression, and linear non-parametric local regression (LOWESS) smoothing algorithms to reduce data noise, evaluated the results against ground-based GPS in one location, and compared the results between two locations with different characteristics. We found that LOWESS provides the best solution for noisy measurements that are unevenly distributed in time. Using this methodology with these sensors, we can robustly derive time series with temporal resolution of 2–3 weeks and improve the accuracy on the ice velocity to about 10 m/yr, or a factor of three compared to the initial measurements. The presented methodology could be applied to the entire Greenland ice sheet with an aim of reconstructing comprehensive sub-seasonal ice flow dynamics and mass balanc

Betula_pubescens

Reflectance, transmittance and absorptance of a leaf of Betula pubescens (downy birch) at 1 nanometre intervals from 350 to 2500 nanometres. The data were collected under the auspices of the Russian-British project “Multiplatform remote sensing of the impact of climate change on northern forests of Russia” funded by the British Council (Institutional Links Programme Grant no. 352397111) and the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (project RFMEFI61618X0099). The FieldSpec Pro Hi-Res spectroradiometer was purchased under the Development Programme of M. V. Lomonosov Moscow State University. The SLAP project to create a spectral library was supported in 2014-2017 by the EU 'Interact' programme to support the research and education network of Arctic research stations (www.eu-interact.org)

Multi-temporal dynamics of suspended particulate matter in a macro- tidal river Plume (the Gironde) as observed by satellite data

International audienceThe Gironde River plume area is unique in terms of Suspended Particulate Matter (SPM) dynamics. Multiple factors contribute to the variations of SPM at multiple time scales, from river outputs to wind stress, currents and tidal cycles. The formation and evolution of the Maximum Turbidity Zone (MTZ) inside the estuary also plays a significant role. Thus, detailed analyses and monitoring of the region is important for better understanding the mechanisms governing the turbid plume dynamics, for proper future management and monitoring of SPM export from the estuary to the coastal ocean. In this study we use an unprecedented volume of satellite data to capture and better understand the dynamics of the river plume. We combine two types of satellite information in order to achieve these goals: data collected by the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) and the Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager (SEVIRI) sensors. The integrated information allows accounting for multiple time scales, i.e. from seasonal to diurnal cycles. We show and parameterize the overall effects of river discharge rates over the plume extension. Seasonal variations are also analyzed and an overall relationship between river discharge rates and plume magnitude is computed. For the first time, we clearly observe and explain the diurnal cycle of SPM dynamics in the river plume. Despite the limited capabilities of the SEVIRI sensor, geostationary data was successfully used to derive such information and results similar to in-situ datasets were obtained. The same patterns are observed, with significant increase in SPM plume during spring/ebb tide periods. Results from our study can be further used to refine sediment transport models and to gain a better perspective on the ecological implications of the sediment output in the continental shelf area

Mapping Surface Flow Velocity of Glaciers at Regional Scale Using a Multiple Sensors Approach

International audienc