The Surface Albedo of the Arctic from Spaceborne Optical Imagers: Retrieval and Validation

Thumbnail Image
Files
isbn9789516978003.pdf (6.02 MB)

publication1.pdf (1.55 MB)

publication2.pdf (5.35 MB)

publication3.pdf (588.17 KB)

publication4.pdf (8.52 MB)

publication5.pdf (711.05 KB)
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Electrical Engineering | Doctoral thesis (article-based) | Defence date: 2013-12-17
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2013
Department
Radiotieteen ja -tekniikan laitos
Department of Radio Science and Engineering
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
167
Series
Finnish Meteorological Institute Contributions, 101
Abstract
The topic of this dissertation is the study of Arctic snow and ice albedo based on satellite observations. Surface albedo timeseries based on data from the AVHRR instrument family were produced, validated, and analyzed as part of the work. Of note was the production of a 28-year (1982-2009) dataset on global surface albedo from homogenized satellite data, the longest such timeseries to date.In conjunction with the dataset validation, new methods were developed to improve the reliability of the calculated dataset quality estimate. Specifically, a new method for numerically assessing the representativeness of ground truth observations at the scale of the satellite field of view was introduced. The final part of this dissertation deals with the application of the 28-year surface albedo dataset in the calculation of sea ice albedo trends over the Arctic Ocean. The results showed a clear negative trend in both the mean composite open water-sea ice albedo and the mean albedo of the remaining sea ice zone. This decrease was linked to decreasing ice concentrations across the ice zone, increased air temperatures and lengthened melt seasons. The results are significant for investigations of the surface energy budget of the Arctic. The results of this dissertation are of use in the development and validation work of both satellite-based surface albedo datasets and climate models. The created datasets are also useful in observation-based tracking of climate change in the Arctic.

Väitöskirjassa tutkittiin Arktisen lumen ja jään heijastavuuden eli albedon määrittämistä satelliittihavainnoista. Työssä on tuotettu AVHRR-radiometrien mittauksiin perustuvia aikasarjoja sekä operatiiviseen käyttöön että ilmastonmuutostutkimukseen. Aikasarjojen laatu on selvitetty maan pinnan referenssimittauksiin verraten. Työssä on myös kehitetty menetelmiä parantamaan aikasarjoille laskettujen laatuarvioiden luotettavuutta. Maan pinnan referenssimittausten vertautuvuutta satelliittimittauksiin voidaan työn tulosten perusteella arvioida entistä paremmin. Väitöskirjan viimeisenä osana on sovellettu työn aiempana osana kehitettyä 28 vuoden aikasarjaa Pohjoisen Jäämeren merijään albedotrendien selvittämiseen. Työssä havaittiin merijäävyöhykkeen keskimääräisen albedon olevan kesäkuukausina laskusuunnassa koko tutkimusjaksolla 1982-2009. Vastaava laskusuunta havaittiin myös jäljelläolevan jääpeitteen albedossa. Tuloksilla on merkitystä Arktisen alueen säteilytaseen, ja yleisemmin alueen ilmaston tutkimukselle. Väitöskirjan tuloksia voidaan hyödyntää satelliittipohjaisten albedoaikasarjojen ja ilmastomallien varmennus- ja kehitystyössä sekä havaintoihin perustuvassa ilmaston muutosten seurannassa.
Description
Supervising professor
Hallikainen, Martti, Prof., Aalto University, Department of Radio Science and Engineering, Finland
Keywords
glaciers, albedo, snow, sea ice, remote sensing, snow physics, jäätiköt, albedo, lumi, merijää, kaukokartoitus, lumen ja jään fysiikka
Other note
Parts
  • [Publication 1]: Aku Riihelä, Vesa Laine, Terhikki Manninen, Timo Palo, and Timo Vihma. 2010. Validation of the Climate-SAF surface broadband albedo product: Comparisons with in situ observations over Greenland and the ice-covered Arctic Ocean. Remote Sensing of Environment, volume 114, number 11, pages 2779-2790. doi:10.1016/j.rse.2010.06.014.
  • [Publication 2]: A. Riihelä, T. Manninen, V. Laine, K. Andersson, and F. Kaspar. 2013. CLARA-SAL: a global 28 yr timeseries of Earth's black-sky surface albedo. Atmospheric Chemistry and Physics, volume 13, number 7, pages 3743-3762. doi:10.5194/acp-13-3743-2013.
  • [Publication 3]: Aku Riihelä and Terhikki Manninen. 2008. Measuring the vertical albedo profile of a subarctic boreal forest canopy. Silva Fennica, volume 42, number 5, pages 807-815.
  • [Publication 4]: T. Manninen, A. Riihelä, and G. de Leeuw. 2012. Atmospheric effect on the ground-based measurements of broadband surface albedo. Atmospheric Measurement Techniques, volume 5, number 11, pages 2675-2688. doi:10.5194/amt-5-2675-2012.
  • [Publication 5]: Aku Riihelä, Terhikki Manninen, and Vesa Laine. 2013. Observed changes in the albedo of the Arctic sea-ice zone for the period 1982-2009. Nature Climate Change, volume 3, number 10, pages 895-898. doi:10.1038/nclimate1963.
Citation
Permanent link to this item
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-697-800-3
Collections
[diss] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC