[論文レビュー] Geomorphometric modeling and mapping of Antarctic oases

Igor V. Florinsky|arXiv (Cornell University)|May 12, 2023

Soil Geostatistics and MappingEnvironmental Science被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、レファレンス・エレベーション・モデル・オブ・アントラクティカ（REMA）から得た高分解能デジタル・エレベーション・モデル（DEM）を用いて、Larsemann Hills、Thala Hills、Schirmacher Oasis、Fildes Peninsulaの4か所の南極のオアシスについて、初めての地形的定量的モデリングと地図作成を実施した。17種類の地形的変数（勾配、曲率タイプ、地形的インデックス、流れの力インデックスを含む）を導出し、氷が存在しない南極の地形における詳細な構造的・水文的解析を可能にし、南極の包括的デジタル地形的定量的アトラスの基盤を築いた。

ABSTRACT

Geomorphometric modeling is widely used in geosciences. However, geomorphometric modeling and mapping of Antarctic oases has not been performed so far. This article presents the first results of our work on geomorphometric modeling and mapping of several Antarctic oases including the Larsemann Hills, Thala Hills, Schirmacher oasis, and Fildes Peninsula. As input data, we used fragments of the Reference Elevation Model of Antarctica. For each territory, we derived digital models of the following 17 morphometric variables from the extracted and edited digital elevation models: slope, aspect, horizontal curvature, vertical curvature, mean curvature, Gaussian curvature, minimal curvature, maximal curvature, unsphericity curvature, difference curvature, vertical excess curvature, horizontal excess curvature, ring curvature, accumulation curvature, catchment area, topographic index, and stream power index. Derived geomorphometric maps can be useful for structural geological and process-oriented hydrological studies. The ultimate goal of the ongoing work is to create a digital large-scale geomorphometric atlas of Antarctic oases and other ice-free Antarctic territories.

研究の動機と目的

• 南極のオアシスにおける地形的定量的解析の不足に応えるため、科学的意義が高くても依然として十分に地図化がなされていない状況を改善すること。
• 極端な寒冷環境におけるデジタル・エレベーション・モデル（DEM）から地形的変数を体系的に導出するための手法を確立すること。
• 南極の主な氷が存在しない地域の高分解能地形的定量的地図を生成し、地質学的・水文的研究を支援すること。
• 将来的な南極のオアシスおよびその他の氷が存在しない地形の包括的デジタル地形的定量的アトラスの基盤を築くこと。

提案手法

• 入力として、レファレンス・エレベーション・モデル・オブ・アントラクティカ（REMA）の断片をデジタル・エレベーション・モデルとして使用した。
• 正確性と研究地域間の一貫性を確保するため、DEMの抽出および編集を含むデータ前処理を実施した。
• 17種類の地形的変数（勾配、方位、14種類の曲率タイプ（例：平均、ガウス、最小、最大、差分、リング、蓄積、集水面積、地形的インデックス、流れの力インデックス））を計算するために、高度表面の偏微分を用いた高度な地形的定量的技術を適用した。
• 標準的なGISおよび地形的定量的アルゴリズムを用いて、高度表面の偏微分を用いて曲率成分を導出した。
• 4つの研究地域全体にわたり視覚的および空間的一致性の検証を実施し、結果の妥当性を確認した。
• 各オアシスの包括的な地形的定量的地図を生成し、すべての導出変数を統合的分析フレームワークに統合した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして、遠隔地に位置し氷が存在しない地域の高分解能南極DEMから、信頼性のある地形的変数を抽出できるか？
• RQ2 Larsemann Hills や Schirmacher Oasis などの南極のオアシスの地形は、どのような地形的変数パターンを示すか？
• RQ3 地形的インデックスや流れの力インデックスといった曲率に基づくインデックスは、異なる南極のオアシスでどのように変化し、水文的プロセスに何を示唆するか？
• RQ4 地形的定量的モデリングは、構造的複雑な南極の地質的地形において、構造的地質的解釈をどの程度支援できるか？
• RQ5 将来的な南極の氷が存在しない地域の包括的デジタルアトラスのための、標準化された地形的定量的地図作成フレームワークを確立できるか？

主な発見

• 本研究では、4か所の南極のオアシスにおいて17種類の地形的変数を成功裏に導出し、極環境における高分解能地形的定量的解析の可能性を実証した。
• 各オアシスに特徴的な地形的特徴（地形的特徴）が特定され、地質的構造、氷河史、表面プロセスの違いが反映されていた。
• 地形的インデックスおよび流れの力インデックスの地図は、水の蓄積と侵食可能性の空間的パターンを明らかにし、プロセス指向の水文的モデリングを支援した。
• 平均曲率、ガウス曲率、差分曲率などの曲率に基づく変数は、流れの収束・発散領域および集中領域を強調した。
• 本研究の結果は、南極の氷が存在しない地域の将来的な包括的デジタル地形的定量的アトラスの基盤を強固にした。
• 本手法は移植可能でスケーラブルであり、南極の他の氷が存在しない地域における体系的な地形的定量的地図作成を可能にする。