Analisi dei flussi glaciali nella zona di disancoraggio del Reeves Glacier (Antartide)

I flussi glaciali sono un esempio di dati vettoriali che possono essere analizzati con il plugin 'Vector field processings' per Quantum GIS, descritto nel post successivo, che permette di determinare divergenza, rotore, gradienti della magnitudine e linee di flusso.

L'esempio qui presentato si riferisce al ghiacciaio antartico Reeves, che sbocca sulla costa del mare di Ross. I dati degli spostamenti sono stati determinati  nella tesi di dottorato in Scienze Polari di Debbie Biscaro a titolo Applicazioni di metodi di telerilevamento per lo studio dei ghiacciai di Terra Nova Bay e della Cook Ice Shelf, Antartide orientale.

I dati sono stati verificati e interpolati per creare un campo di velocità definito dalle sue componenti v_x e v_y. L'interpolatore utilizzato è la tecnica spline (Regularised Spline with Tension and Smoothing, RSTS, Mitasova & Mitas, 1993, Mitasova et al., 1995), implementata in Grass. I parametri di interpolazione della RSTS sono stati scelti in maniera da ridurre al minimo le statistiche di cross-validation.
Una descrizione più dettagliata della modalità di creazione è presentata in Glacial flow analysis with open source tools: the case of the Reeves Glacier grounding zone, East Antarctica.

I dati interpolati di velocità, come pure il plugin, sono scaricabili dalla pagina: www.malg.eu/vectorparameters.php

Il Reeves Glacier nella zona di confluenza nella Nansen Ice Sheet.
I flussi sono orientati da NW verso SE. I punti rappresentano le misure di spostamento disponibili su un intervallo di 400 giorni nel periodo 2001-2003. La linea di disancoraggio del ghiaccio continentale dal substrato roccioso è rappresentata dalla linea bianca. L'immagine satellitare di base è Landsat (banda pancromatica).

Nelle due immagini sottostanti sono raffigurate i valori della velocità nelle loro componenti x (a sinistra) ed y (destra). Le componenti tendono ad evidenziare la continuità nei flussi lungo la direzione rappresentata dall'asse considerato.

Componenti delle velocità di spostamento lungo l'asse delle x (E-W). L'unità di misura è in m ed il periodo temporale considerato è di 400 giorni (2001-2003).

Componenti delle velocità di spostamento lungo l'asse delle y (N-S). L'unità di misura è in m ed il periodo temporale considerato è di 400 giorni (2001-2003). 

Il primo parametro di interesse è la magnitudine del campo di velocità, che evidenzia i settori con anomalie positive o negative di velocità. Queste sono localizzate soprattutto nella parte nord-occidentale, dove il ghiaccio di origine continentale è ancorato al substrato. Nella porzione orientale il ghiaccio galleggia sulle acque marine e le velocità hanno una maggiore uniformità. Si nota la forte anomalia positiva delle velocità immediatamente a Sud di Andersson Ridge, appaiata ad una anomalia negativa al suo bordo meridionale. Una possibile causa consiste nella presenza di un ostacolo subglaciale che rallenta i flussi in corrispondenza dell'anomalia negativa, costringendo i flussi a nord a scorrere velocemente in una sezione ristretta.

Magnitudine della velocità nella zona di disancoraggio del Reeves Glacier (Antartide).
Gli spostamenti, in m, si riferiscono ad un periodo di 400 giorni (2011-2003).

Il modulo del rotore ed il gradiente sono altri due parametri vettoriali stimabili. Il modulo del rotore evidenzia anomalie longitudinali in corrispondenza delle zone di transizione fra settori con differenti velocità di flusso. L'ostacolo subglaciale precedentemente ipotizzato presenterebbe al suo bordo settentrionale una fascia di anomalie negative (rotazioni orarie) e a quello meridionale una corrispondente fascia di anomalie positive (rotazioni anti-orarie). La lingua del Reeves sarebbe bordata a Nord-Est da una forte anomalia positiva che segnala il limite con il ghiaccio quasi fermo a Nord. A Sud-Ovest di Teall Nunantak  si sviluppa una anomalia negativa.
Anomalie longitudinali ad alta frequenza spaziale sono presenti anche nella zona orientale, dove il ghiaccio è fluttuante. L'esatta natura di queste anomalie (se esse corrispondano a segnali naturali oppure siano artefatti legati alla derivazione ed interpolazione dei dati) è meno semplice da interpretare. Se fossero segnali naturali potrebbero indicare una tendenza alla suddivisione in più sottoelementi longitudinali della lingua, nel momento in cui essa inizia a galleggiare.

Le anomalie nella divergenza ugualmente tendono a concentrarsi in corrispondenza degli ostacoli glaciali emersi e sommersi, ma mentre nel caso del rotore lo sviluppo è laterale a questi e con sviluppo longitudinale, le anomalie di divergenza hanno sviluppo trasversale agli ostacoli e si posizionano a monte o a valle di questi. Un aspetto da notare nel caso della divergenza è che nella zona orientale sono evidenti alternanze di anomalie positive e negative come fasce trasversali ad alta frequenza.

Moduli del  rotore.
Valori positivi indicano rotazioni anti-orarie, positivi rotazioni orarie.   

Divergenza dei flussi glaciali.
Valori positivi indicano espansione, negativi contrazione.  

Il gradiente della velocità lungo le orientazioni di flusso evidenzia le stesse strutture precedentemente descritte, sia quelle a minore frequenza tipiche della zona occidentale, ancorata al substrato roccioso, sia quelle a maggiore frequenza, visibili soprattutto nella porzione orientale, fluttuante nel Mare di Ross.
Anomalie positive marcano la parte frontale della zona con forte anomalia della magnitudine, a Sud di Andersson Ridge, e la parte a valle del probabile ostacolo subglaciale. Quest'ultima corrisponde anche all'inizio di una zona dove il ghiaccio continentale, iniziando a galleggiare, si frattura in blocchi fra loro saldati da ghiaccio marino.

Gradienti spaziali della velocità (magnitudine) lungo le orientazioni di flusso.  Le anomalie positive più sviluppate sono  associate alle morfologie del substrato roccioso a Sud di Andersson Ridge. Nella porzione orientale sono ben evidenti anche fasce di anomalie positive e negative ad elevata frequenza e di natura incerta (se artefatti o segnali naturali). 

Un altro aspetto di interesse è il tragitto percorso da particelle all'interno del campo: il loro nome è pathlines e nel caso di flussi costanti nel tempo esse sono parallele alle streamlines (vedi discussione in Wikipedia).

Il plugin permette di determinare le pathlines per flussi costanti nel tempo, a partire da punti iniziali definiti in un livello puntuale. Il loro tragitto permette di evidenziare le zone in cui i flussi convergono o divergono, per esempio a causa di ostacoli come evidente nell'immagine sottostante. Utilizzando le pathlines è anche possibile stimare lo spostamento nel corso del tempo.
Nell'immagine sottostante si nota che i tracciati delineati sono percorsi in intervalli temporali compresi fra circa 200 e 300 anni, a seconda dei differenti  settori.

Pathlines a partire dai punti specificati in alto a sinistra, assumendo flussi costanti durante l'intervallo considerato (compreso tra 200 e 300 anni).