Two-dimensional Velocity Measurements of Campbell Glacier in East Antarctica Using Coarse-to-fine SAR Offset Tracking Approach of KOMPSAT-5 Satellite Image

Glacier movement speed is the most basic measurement for glacial dynamics research and is a very important indicator in predicting sea level rise due to climate change. In this study, the two-dimensional velocity measurements of Campbell Glacier located in Terra Nova Bay in East Antarctica were observed through the SAR offset tracking technique. For this purpose, domestic KOMPSAT-5 SAR satellite images taken on July 9, 2021 and August 6, 2021 were acquired. The Multi-kernel SAR offset tracking proposed through previous studies is a technique to obtain the optimal result that satisfies both resolution and precision. However, since offset tracking is repeatedly performed according to the size of the kernel, intensive computational power and time are required. Therefore, in this study, we strategically proposed a coarse-to-fine offset tracking approach. Through coarse-to-fine SAR offset tracking, it is possible to obtain a result with improved observation precision (especially, about 4 times in azimuth direction) while maintaining resolution compared to general offset tracking results. Using this proposed technique, a two-dimensional velocity measurements of Campbell Glacier were generated. As a result of analyzing the two-dimensional movement velocity image, it was observed that the grounding line of Campbell Glacier exists at approximately latitude -74.56N. The flow velocity of Campbell Glacier Tongue analyzed in this study (185-237 m/yr) increased compared to that of 1988-1989 (140-240 m/yr). And compared to the flow velocity (181-268 m/yr) in 2010-2012, the movement speed near the ground line was similar, but it was confirmed that the movement speed at the end of the Campbell Glacier Tongue decreased. However, there is a possibility that this is an error that occurs because the study result of this study is an annual rate of glacier movement that occurred for 28 days. For accurate comparison, it will be necessary to expand the data in time series and accurately calculate the annual rate. Through this study, the two-dimensional velocity measurements of the glacier were observed for the first time using the KOMPSAT-5 satellite image, a domestic X-band SAR satellite. It was confirmed that the coarse-to-fine SAR offset tracking approach of the KOMPSAT-5 SAR image is very useful for observing the two-dimensional velocity of glacier movements.

KOMPSAT-5 위성영상의 Coarse-to-fine SAR 오프셋트래킹 기법을 활용한 동남극 Campbell Glacier의 2차원 이동속도 관측

빙하 이동속도는 빙하역학 연구에 가장 기초가 되는 관측치로 기후 변화에 따른 해수면 상승 등을 예측하는데 매우 중요한 지시자이다. 본 연구에서는 SAR 오프셋트래킹 기법을 통해 동남극 테라노바 만에 위치한 Campbell Glacier에 대한 2차원 이동속도를 관측하였다. 이를 위하여 연구지역에 대하여 2021년 7월 9일과 2021년 8월 6일에 촬영한 국내 KOMPSAT-5 SAR 위성영상을 획득하였다. 선행 연구를 통하여 제안한 다중변위커널을 활용한 오프셋트래킹 기법은 해상도와 정밀도를 모두 만족하는 최적의 결과를 얻는 기법이다. 하지만 커널 크기에 따라 오프셋트래킹을 반복하여 수행하기 때문에 매우 집약적인 연산 능력과 시간이 필요하게 된다. 따라서 본 연구에서는 전략적으로 coarse-to-fine SAR 오프셋트래킹 방법을 고안하였다. coarse-to-fine 오프셋트래킹을 통하여 일반적인 오프셋트래킹 결과보다 해상도는 유지되고 정밀도는 향상(특히, 비행방향으로 약 4배)된 결과를 획득할 수 있다. 이 기법을 활용하여 Campbell Glacier에 대한 2차원 이동속도 영상을 생성하였다. 2차원 이동속도 영상을 분석한 결과 Campbell Glacier의 지반선(grounding line)은 대략 위도 -74.56N 부근에 존재하는 것으로 관측할 수 있었다. 이 연구에서 분석된 Campbell Glacier Tongue의 흐름속도(185-237 m/yr)는 1988-1989년의 흐름속도(140-240 m/yr)에 비하여 증가하였다. 그리고 2010-2012년의 흐름속도(181-268 m/yr)에 비하여 지반선 부근에서 이동속도는 유사하였지만 Campbell Glacier Tongue의 끝부분에서의 이동속도는 감소한 것을 확인할 수 있었다. 하지만 이는 본 연구의 연구 결과는 28일 동안 발생한 빙하의 이동속도를 연간 속도로 환산한 것이기 때문에 발생하는 오차일 가능성이 있다. 향후 정확한 비교를 위해서는 시계열적으로 자료를 확장하여 연간 속도를 정확하게 계산하는 과정이 필요할 것이다. 이 연구를 통해 최초로 국내 X-밴드 SAR 위성인 KOMPSAT-5 위성 영상을 활용하여 빙하의 2차원 이동속도를 관측하였으며, KOMPSAT-5 영상의 coarse-to-fine SAR 오프셋트래킹 기법이 빙하의 2차원 이동속도 관측에 매우 유용함을 확인할 수 있었다.