Variations of Annual Minimum Snow and Ice Extent over Canada and Neighboring Landmass Derived from MODIS 250-m Imagery for 2000–2014

摘要

Resume. La neige et la glace sont d'importantes ressources hydrologiques. Leur etendue spatiale minimale sur les terres, appele ici couverture minimal de neige/glace «minimum snow/ice» (MSI) annuelle, joue un role tres important comme indicateur de changements a longtermeetlacapacite debasepourlestockage de l'eaudesurface. Lesdonnees provenant du spectro-radiometre imageur a resolution moderee «Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer» (MODIS) sur le satellite Terra provenant de la periode de 2000-2014 ont ete utilises dans cette etude. Les images de fauchee de niveau 2 de MODIS pour les bandes B1 a B7ont ete employe ou les bandes disponibles a 500 m B3-B7 ont ete spatialement reduite a lagrille de fauche de 250 m. L'imagerie est disponible tous les jours avec beaucoup de chevauchement. Cela permet une identification plus precise du minimum annuel en comparaison avec des images a haute resolution (par exemple, Landsat, ASTER, etc.) disponibles a des fréquences temporelles beaucoup plus grossieres. Les composites sur 10 jours atmospheriquement corriges ciel-clair converties en réflectance normalisee a la surface au cours de la saison de croissance (1er avril au 20 septembre) ont tête utilisees pour identifier la neige persistante et de la présence de glace. Les resultats ont ete compares avec nos resultats precedents issus des composites ciel-clair MODIS de l'arctique circumpolaire generes pour la fin de saison de fonte et ont montre une etendue moindre de la mesure de MSG en moyenne de 24%. Les distributions MSI produites ont egalement ete compares avec les cartes de neige et de glace permanentes disponibles a partirde6desjeuxdedonnees mondiaux de couverture du sol: (ⅰ) Global Land Cover GLC-2000, (ⅱ & ⅲ) Globcover de l'Agence spatiale europeenne (ESA) vers 2005 et 2009, (ⅳ-ⅵ) des cartes de la couverture terrestre derive de l'Initiative de l'ESA sur le changement climatique (CCI) pour 2000, 2005, et 2010. Des biais significatifs ont ete decouverts entre divers ensembles de données de la couverture terrestre et nos résultats. Par exemple, GLC-2000 surestimé lamesurede neige/glace de 194% (325,400 km~2) pour l'arctique canadien. Les biais sur l'ensemble du territoire (a l'exception du Groenland) sontdel35% (3,7 × 10~5 km~2), 113% (3,0 × 10~5 km~2), 89% (2,2 × 10~5 km~2), et 28% (0,8 × 10~5 km~2) entre nos resultats et GLC-2000, l'ESA Globcover 2005, l'ESA GlobCover 2009, et ESA CCI ensembles de donnees, respectivement. La mesure MSG derivee a ete compare avec l'Inventaire Randolph Glacier (RGI) 4.0 et a montre beaucoup une meilleur coherence (allant de 1% a 15%).%Snow and ice are important hydrological resources. Their minimum spatial extent over land, here referred to as annualrnminimum snow/ice (MSI) cover, plays a very important role as an indicator of long-term changes and baseline capacity for surfacernwater storage. Data fromModerate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) on Terra satellite for the period of 2000–2014rnwere utilized in this study. The level-2MODIS swath imagery for bands B1 to B7 was employed and the 500-m bands B3–B7 werernspatially downscaled to a 250-m swath grid. The imagery is available daily with multiple overpasses. This allows for more accuraternidentification of annualminimum in comparison to high-resolution imagery (e.g., Landsat, ASTER, etc.) available at much coarserrntemporal rates. Atmospherically corrected 10-day clear-sky composites converted into normalized surface reflectance over thernwarm season (April 1 to September 20) were employed to identify persistent snow and ice presence. Results were compared withrnour previous results derived from the MODIS Circumpolar Arctic clear-sky composites, generated for the end of melting season,rnand showed smaller MSI extent by 24%, on average. Produced MSI distributions were also compared with the permanent snowrnand ice maps available from 6 global land cover datasets: (i) Global Land Cover GLC-2000, (ⅱ & ⅲ) European Space Agency’srn(ESA) Globcover circa 2005 and 2009, (ⅳ–vi) land cover maps derived under the ESA Climate Change Initiative (CCI) for 2000,rn2005, and 2010. Significant biases were discovered between various land cover datasets and our results. For example, GLC-2000rnoverestimated snow/ice extent by 194% (325,400 km2) for the Canadian Arctic. The biases over the entire landmass (excludingrnGreenland) are 135% (3.7 × 105 km~2), 113% (3.0 × 105 km~2), 89% (2.2 × 105 km~2), and 28% (0.8 × 105 km~2) between our resultsrnand GLC-2000, ESA Globcover 2005, ESA Globcover 2009, and ESA CCI datasets, correspondingly. The derivedMSI extent wasrncompared with Randolph Glacier Inventory (RGI) 4.0 and showed much better consistency (ranging from 1% to 15%).