Artikkel

Gamle fotografier gir ny innsikt i klimaendringene

Luc Girod
Luc Girod på Svalbard mens han studerte steinsirklene på Kvadehuksletta. Foto: Privat

Gamle fotografier gir ny innsikt i klimaendringene

Det er ofte vanskelig å forske på klimaendringer fordi pålitelige, sammenlignbare data bare går noen få tiår tilbake. Det trengs lange tidsserier, spesielt når det gjelder Jordens kryosfære, som består av isbreer, isdekket hav og frossen mark.

Gamle bilder kan bli til nyttige, geofysiske data. Luc Girod har utviklet metoder for å få det til. Dette gjør forskerne i stand til å forstå mer av prosessene i kryosfæren, noe som er avgjørende for evnen til å forutsi virkningene av fremtidige klimaendringer.

– Kolleger innen geofagene blir i fyr og flamme når vi forteller at vi fant et gammelt bildearkiv og prosesserte informasjonen i bildene og deretter viser dem dataene, sier den franske fotogrammetrikeren Luc Girod, som nylig forsvarte sin doktoravhandling om fjernmåling av kryosfæren ved Universitetet i Oslo.

Fakta

Kryosfæren: Den frosne delen av Jordens overflate.

Fotogrammetri: Læren om måling i fotografiske bilder, fotogrammer, for å bestemme geometriske egenskaper som form, størrelse og beliggenhet av fotografert objekt.

Geodesi: En interdisiplinær vitenskap som bygger på matematikk, fysikk, astronomi, geovitenskaper og informasjonsteknologi, der hovedformål er å bestemme Jordens form og størrelse.

Kilde: Store norske leksikon

– Du trenger ikke spesielt gode data for å slå fast at isbreene ikke har det bra. Men for å forstå hvordan og hvorfor, trenger du mer informasjon og data som går lengre tilbake i tid.

You can also read this article in English

Helt siden han var barn har Luc Girod vært interessert i reiser, kart og kartografi. Han tok en ingeniørutdannelse ved Institut Géographique National utenfor Paris. Mot slutten av det første året ble han sendt til Sør-Frankrike for å gjøre feltarbeid i fotogrammetri, som er læren om måling i fotografiske bilder for å bestemme geometriske egenskaper som form, størrelse og beliggenhet. Ett år senere, i 2012, ville han til et kjøligere sted da han ble bedt om å finne sin egen praksisplass utenfor Frankrike.

– Jeg er ikke begeistret for varmt vær, så jeg trakk en linje på kartet nord for Danmark. Jeg sendte en e-post til Universitetet i Oslo og fikk et positivt svar fra Andreas Kääb, som to år senere ble min veileder i doktorgradsarbeidet.

Tvang hemmeligheter ut av stein

Luc Girod
– Vi håper å publisere en artikkel om høydeendringer i hele Skandinavia og Svalbard snart, sier Luc Girod. Foto: Helen Young

Da han kom til Norge første gang, ble han bedt om å studere informasjonen i bilder av noen merkelige geologiske fenomener på Svalbard, kjent som sorterte steinsirkler. Bildene hadde ligget ubearbeidet i flere år i påvente av at noen ville ta tak i dem.

Luc Girod påtok seg oppgaven. Han fikk orden på dataene som lå i fotografiene, og dermed kunne steinsirklene på Kvadehuksletta fravristes noen av sine hemmeligheter. Så reiste han tilbake til Frankrike og mastergradsstudiet i geografi, der han spesialiserte seg innenfor tre felt: fotogrammetri, fjernmåling og geodesi, som handler om å måle og forstå Jordens nøyaktige form og geometri.

Senere fikk han vite at Institutt for geofag ved Universitetet i Oslo hadde fått støtte fra Det europeiske forskningsrådet til et prosjekt som skulle gi bedre metoder for å måle masseendringer av høytliggende isbreer.  Prosjektet ble igangsatt for blant annet å identifisere forbindelser mellom breendringer og havnivå. Det innebar bruk av en rekke fjernmålingsteknikker samt modellering, og det viste seg å være det perfekte temaet for Girods doktorgradsavhandling.

Gammel satellitt leverer fortsatt

ASTER er en amerikansk-japansk satellitt som ble skutt opp av NASA i 1999. 

– Teknologien på en satellitt er noen ganger allerede utdatert når den settes i drift, siden det trengs årevis med utprøving og testing. Systemene på ASTER ble utviklet på 1980-tallet og var derfor ikke spesielt oppdaterte. På den annen side er satellitten fortsatt i drift, og den tar stereo-bilder. Det er to teleskoper som peker mot Jorden med ulike vinkler, slik at vi får serier med to litt forskjellige bilder av samme område. Dette var viktig for meg, siden det er avgjørende å ha to bilder for å kunne utføre fotogrammetri.

Brøggerhalvøya, ASTER
Brøggerhalvøya sett fra ASTER-satellitten. Foto: NASA

Bildene fra ASTER gir tilgang til konsistente data av samme kvalitet tilbake til år 2000. Dette gjør forskerne i stand til å observere endringer i isbreer gjennom nærmere 20 år. Bildene dekker nesten hele Jorden, inkludert hele Svalbard og det meste av Grønland, men det finnes bare data fra perioder da det ikke var skydekke.

Luc Girod har konsentrert seg om å studere endringer i tykkelsen på isbreer gjennom å måle høydeendringer.

Tidsserier som viser høydeendringer, er sjeldne. Slike observasjoner har ikke vært ansett som viktige, fordi høyden i terrenget stort sett er konstant. Faktorene som forårsaker høydeendringer er i hovedsak skred, vulkanutbrudd og isbreer i bevegelse.

– En av grunnene til at jeg ble interessert i bildene fra ASTER, var at NASA hadde laget høydemodeller for mange år siden. Nøyaktigheten var bare 30 meter, men på den tiden var det ganske bra – og mye bedre enn noe annet som fantes. Jeg så derfor en gullgruve av informasjon. Vi trengte bare bedre behandlingsmetoder for å høste informasjonen. Jeg fikk tilgang til de opprinnelige dataene fra ASTER og konstruerte en prosesseringskjede fra grunnen av ved hjelp av nye metoder.

Vibrasjoner i den tunge og kompliserte satellitten var en av utfordringene. De førte til  forvrengninger i bildene. Girod utviklet derfor en metode for å måle vibrasjoner og ta hensyn til dem ved behandling av bildene. Resultatet er en serie med bilder med en nøyaktighet på tre meter. Med andre ord, ti ganger bedre enn det som eksisterte.

– Vi klarte å få ut mye god informasjon om høydeendringer.  Vi arbeider nå med å finne fram til måter vi kan bruke denne informasjonen på i ulike programmer. Og vi håper å publisere en artikkel om høydeendringer i hele Skandinavia og Svalbard snart. Det vil bli en samlet oversikt over et stort område gjennom en lengre tidsperiode.

Vil du ha flere forskningsnyheter om realfag og teknologi? Følg Titan.uio.no på Facebook eller abonner på nyhetsbrevet vårt

Gamle flyfoto av Svalbard

Fram til 1930-tallet fantes det få kart over Svalbard. I 1936 og 1938 brukte Norsk Polarnstitutt fly til å fotografere øygruppen med sine mange fjell og isbreer. Dette ble et gjennombrudd for ny, flybåren teknologi og dannet grunnlaget for helt nye kart med informasjon som var ukjent inntil da.

Svalbard, Ny-Ålesund
Svalbard med utsyn over Ny-Ålesund, Brøggerhalvøya og midtre Lovénbreen. Bildet er tatt i 1936. Foto: Norsk Polarinstitutt

For noen år siden skannet Polarinstituttet alle bildene fra 1936 og 1938, og de kan nå ses på deres nettsider. Girod mente det var en god idé å dykke ned i dette arkivet på nesten 4000 bilder og sjekke hva han kunne få ut av dem.

– De fleste av disse bildene er virkelig fine. De ble tatt fra siden av flyet, slik at du får en sidelengs eller skrå visning. Med den tilgjengelige teknologien på 30-tallet var dette en fornuftig måte å gjøre det på, selv om fotogrammetri vanligvis fordrer at bildene tas rett ned mot landskapet. Det gjorde det vanskeligere for oss å behandle bildene. Vi måtte lære programvaren å ignorere himmel, skyer og annen irrelevant informasjon. Spesielt i begynnelsen ble det mye manuell bearbeiding for å filtrere informasjonen. Så fant vi en metode for å automatisere noe av prosesseringen, og vi endte opp med å få nesten full dekning av deler av Svalbard, som Brøggerhalvøya der Ny-Ålesund ligger.

I stedet for isbredata som går tilbake til 1990-tallet, får forskerne dermed tilgang til data som går tilbake til 1930-tallet.

– Selv om dataene ikke alltid er perfekte og detaljer mangler, er den generelle nøyaktigheten rimelig god. Og det er så store endringer fra 1936 til i dag at vi er i stand til å fortelle en historie som ikke er blitt fortalt før.  Vii har hatt reaksjoner fra erfarne forskere som sier at dette er en øyeåpner.

Masse å ta av

Luc Girods metode for å behandle informasjonen i gamle bilder, kan være nyttig for flere andre geografiske områder.  Flyfoto av Grønland og gamle, landbaserte bilder av Alpene er bare to eksempler.

– Det finnes så mange gamle bilder som ikke er blitt behandlet. Det er bare et spørsmål om å finne dem. I noen tilfeller er de allerede blitt skannet, men for visualisering, ikke for vitenskapelig bruk, så vi må gå tilbake til det opprinnelige materialet. Det gjenstår mye arbeid på Svalbard-arkivet. Vi har behandlet færre enn 200 bilder, så det er tusenvis igjen.

Girod ser for seg at metodene hans kan være nyttige også for andre fagområder enn isbreer, for eksempel å dokumentere hvordan skog og vulkaner har endret seg over tid.

Nytten av gammel teknologi og gamle data

– Utvikling av ny teknologi er selvsagt svært viktig. Men vi må ikke glemme at gammel teknologi og gamle data også kan ha stor betydning. I mange tilfeller er det ikke relevant å studere hvordan ting har endret seg de siste to ukene. Du trenger lengre perspektiver, og når du jobber med klimaendringer er alt på lang sikt, påpeker han.

– Noen ganger vet du at gamle data finnes, men du vet ikke hvor du kan finne dem. Noen ganger vet du ikke en gang at det finnes gamle data, men kan være heldig og snuble over dem i kjelleren på et geografisk Institutt eller i et privat arkiv. Det har vært gjort noen overraskende funn de siste årene, så vi trenger metoder for å utnytte data som finnes i gamle bilder og andre kilder.

Moderne fotogrammetri-metoder omfatter automatisert bildebehandling og maskinlæring. Det er hele veien et spørsmål om geometri.

– Jeg er interessert i formen på ting. Å avdekke objektets geometri på ulike tidspunkt er en nøkkelfaktor i alt fra glasiologi til selvkjørende biler.

Mer på Titan.uio.no:

Skriv ny kommentar

Verifiser deg (din epost-adresse vil ikke bli vist offentlig)

Les også