39 research outputs found

    Changement de masse des glaciers à l’échelle mondiale par analyse spatiotemporelle de modèles numériques de terrain

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    Les glaciers de la planète rétrécissent rapidement, et produisent des impacts qui s'étendent de la hausse du niveau de la mer et la modification des risques cryosphériques jusqu'au changement de disponibilité en eau douce. Malgré des avancées significatives durant l'ère satellitaire, l'observation des changements de masse des glaciers est encore entravée par une couverture partielle des estimations de télédétection, et par une faible contrainte sur les erreurs des évaluations associées. Dans cette thèse, nous présentons une estimation mondiale et résolue des changements de masse des glaciers basée sur l'analyse spatio-temporelle de modèles numériques de terrain. Nous développons d'abord des méthodes de statistiques spatio-temporelles pour évaluer l'exactitude et la précision des modèles numériques de terrain, et pour estimer des séries temporelles de l'altitude de surface des glaciers. En particulier, nous introduisons un cadre spatial non stationnaire pour estimer et propager des corrélations spatiales multi-échelles dans les incertitudes d'estimations géospatiales. Nous générons ensuite des modèles numériques de terrain massivement à partir de deux décennies d'archives d'images optiques stéréo couvrant les glaciers du monde entier. À partir de ceux-ci, nous estimons des séries temporelles d'altitude de surface pour tous les glaciers de la Terre à une résolution de 100,m sur la période 2000--2019. En intégrant ces séries temporelles en changements de volume et de masse, nous révélons une accélération significative de la perte de masse des glaciers à l'échelle mondiale, ainsi que des réponses régionalement distinctes qui reflètent des changements décennaux de conditions climatiques. En utilisant une grande quantité de données indépendantes et de haute précision, nous démontrons la validité de notre analyse pour produire des incertitudes robustes et cohérentes à différentes échelles de la structure spatio-temporelle de nos estimations. Nous espérons que nos méthodes favorisent des analyses spatio-temporelles robustes, en particulier pour identifier les sources de biais et d'incertitudes dans les études géospatiales. En outre, nous nous attendons à ce que nos estimations permettent de mieux comprendre les facteurs qui régissent le changement des glaciers et d'étendre nos capacités de prévision de ces changements à toutes échelles. Ces prédictions sont nécessaires à la conception de politiques adaptatives sur l'atténuation des impacts de la cryosphère dans le contexte du changement climatique.The world's glaciers are shrinking rapidly, with impacts ranging from global sea-level rise and changes in freshwater availability to the alteration of cryospheric hazards. Despite significant advances during the satellite era, the monitoring of the mass changes of glaciers is still hampered by a fragmented coverage of remote sensing estimations and a poor constraint of the errors in related assessments. In this thesis, we present a globally complete and resolved estimate of glacier mass changes by spatiotemporal analysis of digital elevation models. We first develop methods based on spatiotemporal statistics to assess the accuracy and precision of digital elevation models, and to estimate time series of glacier surface elevation. In particular, we introduce a non-stationary spatial framework to estimate and propagate multi-scale spatial correlations in uncertainties of geospatial estimates. We then massively generate digital elevation models from two decades of stereo optical archives covering glaciers worldwide. From those, we estimate time series of surface elevation for all of Earth's glaciers at a resolution of 100,m during 2000--2019. Integrating these time series into volume and mass changes, we identify a significant acceleration of global glacier mass loss, as well as regionally-contrasted responses that mirror decadal changes in climatic conditions. Using a large amount of independent, high-precision data, we demonstrate the validity of our analysis to yield robust and consistent uncertainties at different scales of the spatiotemporal structure of our estimates. We expect our methods to foster robust spatiotemporal analyses, in particular to identify sources of biases and uncertainties in geospatial assessments. Furthermore, we anticipate our estimates to advance the understanding of the drivers that govern glacier change, and to extend our capabilities of predicting these changes at all scales. Such predictions are critically needed to design adaptive policies on the mitigation of cryospheric impacts in the context of climate change

    Accelerated global glacier mass loss in the early twenty-first century

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    Glaciers distinct from the Greenland and Antarctic ice sheets are shrinking rapidly, altering regional hydrology1, raising global sea level2 and elevating natural hazards3. Yet, owing to the scarcity of constrained mass loss observations, glacier evolution during the satellite era is known only partially, as a geographic and temporal patchwork4,5. Here we reveal the accelerated, albeit contrasting, patterns of glacier mass loss during the early twenty-first century. Using largely untapped satellite archives, we chart surface elevation changes at a high spatiotemporal resolution over all of Earth’s glaciers. We extensively validate our estimates against independent, high-precision measurements and present a globally complete and consistent estimate of glacier mass change. We show that during 2000–2019, glaciers lost a mass of 267 ± 16 gigatonnes per year, equivalent to 21 ± 3 per cent of the observed sea-level rise6. We identify a mass loss acceleration of 48 ± 16 gigatonnes per year per decade, explaining 6 to 19 per cent of the observed acceleration of sea-level rise. Particularly, thinning rates of glaciers outside ice sheet peripheries doubled over the past two decades. Glaciers currently lose more mass, and at similar or larger acceleration rates, than the Greenland or Antarctic ice sheets taken separately7,8,9. By uncovering the patterns of mass change in many regions, we find contrasting glacier fluctuations that agree with the decadal variability in precipitation and temperature. These include a North Atlantic anomaly of decelerated mass loss, a strongly accelerated loss from northwestern American glaciers, and the apparent end of the Karakoram anomaly of mass gain10. We anticipate our highly resolved estimates to advance the understanding of drivers that govern the distribution of glacier change, and to extend our capabilities of predicting these changes at all scales. Predictions robustly benchmarked against observations are critically needed to design adaptive policies for the local- and regional-scale management of water resources and cryospheric risks, as well as for the global-scale mitigation of sea-level rise.ISSN:0028-0836ISSN:1476-468

    Global glacier change in the 21st century: Every increase in temperature matters

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    Glacier mass loss affects sea level rise, water resources, and natural hazards. We present global glacier projections, excluding the ice sheets, for shared socioeconomic pathways calibrated with data for each glacier. Glaciers are projected to lose 26 ± 6% (+1.5°C) to 41 ± 11% (+4°C) of their mass by 2100, relative to 2015, for global temperature change scenarios. This corresponds to 90 ± 26 to 154 ± 44 millimeters sea level equivalent and will cause 49 ± 9 to 83 ± 7% of glaciers to disappear. Mass loss is linearly related to temperature increase and thus reductions in temperature increase reduce mass loss. Based on climate pledges from the Conference of the Parties (COP26), global mean temperature is projected to increase by +2.7°C, which would lead to a sea level contribution of 115 ± 40 millimeters and cause widespread deglaciation in most mid-latitude regions by 2100

    Observing glacier elevation changes from spaceborne optical and radar sensors – an inter-comparison experiment using ASTER and TanDEM-X data

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    Observations of glacier mass changes are key to understanding the response of glaciers to climate change and related impacts, such as regional runoff, ecosystem changes, and global sea-level rise. Spaceborne optical and radar sensors make it possible to quantify glacier elevation changes, and thus multi-annual mass changes, on a regional and global scale. However, estimates from a growing number of studies show a wide range of results with differences often beyond uncertainty bounds. Here, we present the outcome of a community-based inter-comparison experiment using spaceborne optical stereo (ASTER) and synthetic aperture radar interferometry (TanDEM-X) data to estimate elevation changes for defined glaciers and target periods that pose different assessment challenges. Using provided or self-processed digital elevation models (DEMs) for five test sites, 12 research groups provided a total of 97 spaceborne elevation-change datasets using various processing strategies. Validation with airborne data showed that using an ensemble estimate is promising to reduce random errors from different instruments and processing methods, but still requires a more comprehensive investigation and correction of systematic errors. We found that scene selection, DEM processing, and co-registration have the biggest impact on the results. Other processing steps, such as treating spatial data voids, differences in survey periods, or radar penetration, can still be important for individual cases. Future research should focus on testing different implementations of individual processing steps (e.g. co-registration) and addressing issues related to temporal corrections, radar penetration, glacier area changes, and density conversion. Finally, there is a clear need for our community to develop best practices, use open, reproducible software, and assess overall uncertainty in order to enhance inter-comparison and empower physical process insights across glacier elevation-change studies

    Global glacier mass change by spatiotemporal analysis of digital elevation models

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    Les glaciers de la planète rétrécissent rapidement, et produisent des impacts qui s'étendent de la hausse du niveau de la mer et la modification des risques cryosphériques jusqu'au changement de disponibilité en eau douce. Malgré des avancées significatives durant l'ère satellitaire, l'observation des changements de masse des glaciers est encore entravée par une couverture partielle des estimations de télédétection, et par une faible contrainte sur les erreurs des évaluations associées. Dans cette thèse, nous présentons une estimation mondiale et résolue des changements de masse des glaciers basée sur l'analyse spatio-temporelle de modèles numériques de terrain. Nous développons d'abord des méthodes de statistiques spatio-temporelles pour évaluer l'exactitude et la précision des modèles numériques de terrain, et pour estimer des séries temporelles de l'altitude de surface des glaciers. En particulier, nous introduisons un cadre spatial non stationnaire pour estimer et propager des corrélations spatiales multi-échelles dans les incertitudes d'estimations géospatiales. Nous générons ensuite des modèles numériques de terrain massivement à partir de deux décennies d'archives d'images optiques stéréo couvrant les glaciers du monde entier. À partir de ceux-ci, nous estimons des séries temporelles d'altitude de surface pour tous les glaciers de la Terre à une résolution de 100,m sur la période 2000--2019. En intégrant ces séries temporelles en changements de volume et de masse, nous révélons une accélération significative de la perte de masse des glaciers à l'échelle mondiale, ainsi que des réponses régionalement distinctes qui reflètent des changements décennaux de conditions climatiques. En utilisant une grande quantité de données indépendantes et de haute précision, nous démontrons la validité de notre analyse pour produire des incertitudes robustes et cohérentes à différentes échelles de la structure spatio-temporelle de nos estimations. Nous espérons que nos méthodes favorisent des analyses spatio-temporelles robustes, en particulier pour identifier les sources de biais et d'incertitudes dans les études géospatiales. En outre, nous nous attendons à ce que nos estimations permettent de mieux comprendre les facteurs qui régissent le changement des glaciers et d'étendre nos capacités de prévision de ces changements à toutes échelles. Ces prédictions sont nécessaires à la conception de politiques adaptatives sur l'atténuation des impacts de la cryosphère dans le contexte du changement climatique.The world's glaciers are shrinking rapidly, with impacts ranging from global sea-level rise and changes in freshwater availability to the alteration of cryospheric hazards. Despite significant advances during the satellite era, the monitoring of the mass changes of glaciers is still hampered by a fragmented coverage of remote sensing estimations and a poor constraint of the errors in related assessments. In this thesis, we present a globally complete and resolved estimate of glacier mass changes by spatiotemporal analysis of digital elevation models. We first develop methods based on spatiotemporal statistics to assess the accuracy and precision of digital elevation models, and to estimate time series of glacier surface elevation. In particular, we introduce a non-stationary spatial framework to estimate and propagate multi-scale spatial correlations in uncertainties of geospatial estimates. We then massively generate digital elevation models from two decades of stereo optical archives covering glaciers worldwide. From those, we estimate time series of surface elevation for all of Earth's glaciers at a resolution of 100,m during 2000--2019. Integrating these time series into volume and mass changes, we identify a significant acceleration of global glacier mass loss, as well as regionally-contrasted responses that mirror decadal changes in climatic conditions. Using a large amount of independent, high-precision data, we demonstrate the validity of our analysis to yield robust and consistent uncertainties at different scales of the spatiotemporal structure of our estimates. We expect our methods to foster robust spatiotemporal analyses, in particular to identify sources of biases and uncertainties in geospatial assessments. Furthermore, we anticipate our estimates to advance the understanding of the drivers that govern glacier change, and to extend our capabilities of predicting these changes at all scales. Such predictions are critically needed to design adaptive policies on the mitigation of cryospheric impacts in the context of climate change

    Changement de masse des glaciers à l’échelle mondiale par analyse spatiotemporelle de modèles numériques de terrain

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    The world's glaciers are shrinking rapidly, with impacts ranging from global sea-level rise and changes in freshwater availability to the alteration of cryospheric hazards. Despite significant advances during the satellite era, the monitoring of the mass changes of glaciers is still hampered by a fragmented coverage of remote sensing estimations and a poor constraint of the errors in related assessments. In this thesis, we present a globally complete and resolved estimate of glacier mass changes by spatiotemporal analysis of digital elevation models. We first develop methods based on spatiotemporal statistics to assess the accuracy and precision of digital elevation models, and to estimate time series of glacier surface elevation. In particular, we introduce a non-stationary spatial framework to estimate and propagate multi-scale spatial correlations in uncertainties of geospatial estimates. We then massively generate digital elevation models from two decades of stereo optical archives covering glaciers worldwide. From those, we estimate time series of surface elevation for all of Earth's glaciers at a resolution of 100,m during 2000--2019. Integrating these time series into volume and mass changes, we identify a significant acceleration of global glacier mass loss, as well as regionally-contrasted responses that mirror decadal changes in climatic conditions. Using a large amount of independent, high-precision data, we demonstrate the validity of our analysis to yield robust and consistent uncertainties at different scales of the spatiotemporal structure of our estimates. We expect our methods to foster robust spatiotemporal analyses, in particular to identify sources of biases and uncertainties in geospatial assessments. Furthermore, we anticipate our estimates to advance the understanding of the drivers that govern glacier change, and to extend our capabilities of predicting these changes at all scales. Such predictions are critically needed to design adaptive policies on the mitigation of cryospheric impacts in the context of climate change.Les glaciers de la planète rétrécissent rapidement, et produisent des impacts qui s'étendent de la hausse du niveau de la mer et la modification des risques cryosphériques jusqu'au changement de disponibilité en eau douce. Malgré des avancées significatives durant l'ère satellitaire, l'observation des changements de masse des glaciers est encore entravée par une couverture partielle des estimations de télédétection, et par une faible contrainte sur les erreurs des évaluations associées. Dans cette thèse, nous présentons une estimation mondiale et résolue des changements de masse des glaciers basée sur l'analyse spatio-temporelle de modèles numériques de terrain. Nous développons d'abord des méthodes de statistiques spatio-temporelles pour évaluer l'exactitude et la précision des modèles numériques de terrain, et pour estimer des séries temporelles de l'altitude de surface des glaciers. En particulier, nous introduisons un cadre spatial non stationnaire pour estimer et propager des corrélations spatiales multi-échelles dans les incertitudes d'estimations géospatiales. Nous générons ensuite des modèles numériques de terrain massivement à partir de deux décennies d'archives d'images optiques stéréo couvrant les glaciers du monde entier. À partir de ceux-ci, nous estimons des séries temporelles d'altitude de surface pour tous les glaciers de la Terre à une résolution de 100,m sur la période 2000--2019. En intégrant ces séries temporelles en changements de volume et de masse, nous révélons une accélération significative de la perte de masse des glaciers à l'échelle mondiale, ainsi que des réponses régionalement distinctes qui reflètent des changements décennaux de conditions climatiques. En utilisant une grande quantité de données indépendantes et de haute précision, nous démontrons la validité de notre analyse pour produire des incertitudes robustes et cohérentes à différentes échelles de la structure spatio-temporelle de nos estimations. Nous espérons que nos méthodes favorisent des analyses spatio-temporelles robustes, en particulier pour identifier les sources de biais et d'incertitudes dans les études géospatiales. En outre, nous nous attendons à ce que nos estimations permettent de mieux comprendre les facteurs qui régissent le changement des glaciers et d'étendre nos capacités de prévision de ces changements à toutes échelles. Ces prédictions sont nécessaires à la conception de politiques adaptatives sur l'atténuation des impacts de la cryosphère dans le contexte du changement climatique

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    The world's glaciers are shrinking rapidly, with impacts ranging from global sea-level rise and changes in freshwater availability to the alteration of cryospheric hazards. Despite significant advances during the satellite era, the monitoring of the mass changes of glaciers is still hampered by a fragmented coverage of remote sensing estimations and a poor constraint of the errors in related assessments. In this thesis, we present a globally complete and resolved estimate of glacier mass changes by spatiotemporal analysis of digital elevation models. We first develop methods based on spatiotemporal statistics to assess the accuracy and precision of digital elevation models, and to estimate time series of glacier surface elevation. In particular, we introduce a non-stationary spatial framework to estimate and propagate multi-scale spatial correlations in uncertainties of geospatial estimates. We then massively generate digital elevation models from two decades of stereo optical archives covering glaciers worldwide. From those, we estimate time series of surface elevation for all of Earth's glaciers at a resolution of 100,m during 2000--2019. Integrating these time series into volume and mass changes, we identify a significant acceleration of global glacier mass loss, as well as regionally-contrasted responses that mirror decadal changes in climatic conditions. Using a large amount of independent, high-precision data, we demonstrate the validity of our analysis to yield robust and consistent uncertainties at different scales of the spatiotemporal structure of our estimates. We expect our methods to foster robust spatiotemporal analyses, in particular to identify sources of biases and uncertainties in geospatial assessments. Furthermore, we anticipate our estimates to advance the understanding of the drivers that govern glacier change, and to extend our capabilities of predicting these changes at all scales. Such predictions are critically needed to design adaptive policies on the mitigation of cryospheric impacts in the context of climate change.Les glaciers de la planète rétrécissent rapidement, et produisent des impacts qui s'étendent de la hausse du niveau de la mer et la modification des risques cryosphériques jusqu'au changement de disponibilité en eau douce. Malgré des avancées significatives durant l'ère satellitaire, l'observation des changements de masse des glaciers est encore entravée par une couverture partielle des estimations de télédétection, et par une faible contrainte sur les erreurs des évaluations associées. Dans cette thèse, nous présentons une estimation mondiale et résolue des changements de masse des glaciers basée sur l'analyse spatio-temporelle de modèles numériques de terrain. Nous développons d'abord des méthodes de statistiques spatio-temporelles pour évaluer l'exactitude et la précision des modèles numériques de terrain, et pour estimer des séries temporelles de l'altitude de surface des glaciers. En particulier, nous introduisons un cadre spatial non stationnaire pour estimer et propager des corrélations spatiales multi-échelles dans les incertitudes d'estimations géospatiales. Nous générons ensuite des modèles numériques de terrain massivement à partir de deux décennies d'archives d'images optiques stéréo couvrant les glaciers du monde entier. À partir de ceux-ci, nous estimons des séries temporelles d'altitude de surface pour tous les glaciers de la Terre à une résolution de 100,m sur la période 2000--2019. En intégrant ces séries temporelles en changements de volume et de masse, nous révélons une accélération significative de la perte de masse des glaciers à l'échelle mondiale, ainsi que des réponses régionalement distinctes qui reflètent des changements décennaux de conditions climatiques. En utilisant une grande quantité de données indépendantes et de haute précision, nous démontrons la validité de notre analyse pour produire des incertitudes robustes et cohérentes à différentes échelles de la structure spatio-temporelle de nos estimations. Nous espérons que nos méthodes favorisent des analyses spatio-temporelles robustes, en particulier pour identifier les sources de biais et d'incertitudes dans les études géospatiales. En outre, nous nous attendons à ce que nos estimations permettent de mieux comprendre les facteurs qui régissent le changement des glaciers et d'étendre nos capacités de prévision de ces changements à toutes échelles. Ces prédictions sont nécessaires à la conception de politiques adaptatives sur l'atténuation des impacts de la cryosphère dans le contexte du changement climatique

    Changement de masse des glaciers à l’échelle mondiale par analyse spatiotemporelle de modèles numériques de terrain

    No full text
    The world's glaciers are shrinking rapidly, with impacts ranging from global sea-level rise and changes in freshwater availability to the alteration of cryospheric hazards. Despite significant advances during the satellite era, the monitoring of the mass changes of glaciers is still hampered by a fragmented coverage of remote sensing estimations and a poor constraint of the errors in related assessments. In this thesis, we present a globally complete and resolved estimate of glacier mass changes by spatiotemporal analysis of digital elevation models. We first develop methods based on spatiotemporal statistics to assess the accuracy and precision of digital elevation models, and to estimate time series of glacier surface elevation. In particular, we introduce a non-stationary spatial framework to estimate and propagate multi-scale spatial correlations in uncertainties of geospatial estimates. We then massively generate digital elevation models from two decades of stereo optical archives covering glaciers worldwide. From those, we estimate time series of surface elevation for all of Earth's glaciers at a resolution of 100,m during 2000--2019. Integrating these time series into volume and mass changes, we identify a significant acceleration of global glacier mass loss, as well as regionally-contrasted responses that mirror decadal changes in climatic conditions. Using a large amount of independent, high-precision data, we demonstrate the validity of our analysis to yield robust and consistent uncertainties at different scales of the spatiotemporal structure of our estimates. We expect our methods to foster robust spatiotemporal analyses, in particular to identify sources of biases and uncertainties in geospatial assessments. Furthermore, we anticipate our estimates to advance the understanding of the drivers that govern glacier change, and to extend our capabilities of predicting these changes at all scales. Such predictions are critically needed to design adaptive policies on the mitigation of cryospheric impacts in the context of climate change.Les glaciers de la planète rétrécissent rapidement, et produisent des impacts qui s'étendent de la hausse du niveau de la mer et la modification des risques cryosphériques jusqu'au changement de disponibilité en eau douce. Malgré des avancées significatives durant l'ère satellitaire, l'observation des changements de masse des glaciers est encore entravée par une couverture partielle des estimations de télédétection, et par une faible contrainte sur les erreurs des évaluations associées. Dans cette thèse, nous présentons une estimation mondiale et résolue des changements de masse des glaciers basée sur l'analyse spatio-temporelle de modèles numériques de terrain. Nous développons d'abord des méthodes de statistiques spatio-temporelles pour évaluer l'exactitude et la précision des modèles numériques de terrain, et pour estimer des séries temporelles de l'altitude de surface des glaciers. En particulier, nous introduisons un cadre spatial non stationnaire pour estimer et propager des corrélations spatiales multi-échelles dans les incertitudes d'estimations géospatiales. Nous générons ensuite des modèles numériques de terrain massivement à partir de deux décennies d'archives d'images optiques stéréo couvrant les glaciers du monde entier. À partir de ceux-ci, nous estimons des séries temporelles d'altitude de surface pour tous les glaciers de la Terre à une résolution de 100,m sur la période 2000--2019. En intégrant ces séries temporelles en changements de volume et de masse, nous révélons une accélération significative de la perte de masse des glaciers à l'échelle mondiale, ainsi que des réponses régionalement distinctes qui reflètent des changements décennaux de conditions climatiques. En utilisant une grande quantité de données indépendantes et de haute précision, nous démontrons la validité de notre analyse pour produire des incertitudes robustes et cohérentes à différentes échelles de la structure spatio-temporelle de nos estimations. Nous espérons que nos méthodes favorisent des analyses spatio-temporelles robustes, en particulier pour identifier les sources de biais et d'incertitudes dans les études géospatiales. En outre, nous nous attendons à ce que nos estimations permettent de mieux comprendre les facteurs qui régissent le changement des glaciers et d'étendre nos capacités de prévision de ces changements à toutes échelles. Ces prédictions sont nécessaires à la conception de politiques adaptatives sur l'atténuation des impacts de la cryosphère dans le contexte du changement climatique

    Un atlas mondial pour caractériser la réponse des glaciers au changement climatique

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    Cet article présente notre capacité actuelle à élaborer, à partir de données satellitaires, des produits relatifs aux glaciers à l'échelle globale afin de documenter leur réponse au changement climatique. Notre atlas cartographie, d'une part, les vitesses d'écoulement en surface pour caractériser la dynamique glaciaire et quantifier la répartition des épaisseurs de glace et, d'autre part, les changements d'altitude de la surface à l'échelle pluriannuelle pour quantifier les variations de volume des glaciers des 20 dernières années. Ces produits, issus de chaînes de traitement en grande partie automatisées, sont mis à disposition de la communauté par le biais du pôle national de données Theia. This article presents our current ability to derive global-scale glacier products from satellite data to document their response to climate change. We map, on the one hand, surface flow velocities to characterize glacier dynamics and quantify ice thickness distribution and, on the other hand, surface elevation changes to quantify glacier volume variations over the last 20 years. These products, derived from largely automated processing chains, are made available to the community through the Theia national data center
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