Passive Microwave Sea Ice Edge Displacement Error over the Eastern Canadian Arctic for the period 2013-2021

Abstract

In this study, sea ice edge derived from three passive microwave (PM) algorithms, ARTIST sea ice (ASI), enhanced NASA Team 2 (NT2), and Bootstrap (BT), are compared to those derived from the daily Canadian Ice Service charts over a primarily seasonal ice zone in the eastern Canadian Arctic for 2013–2021. To determine the ice edge error, we introduced an edge-length-based displacement measure called the edge displacement error (EDE), a dimensionless measurement obtained by dividing the weighted average Hausdorff distance by the ice edge length. We found that the ASI algorithm has the highest EDE on average, while the BT algorithm has the lowest one. In October (the beginning of the freeze-up period), the ice edge exhibits significant meandering, and the EDE is less sensitive to changes in the charted area. In the freeze-up period, the PM algorithms have the highest mean EDE value relative to other months due to the appearance of thin ice. A greater range of EDE values was observed in April than in other months. Throughout this region, the wind speed varies the most in April and May, whereas in April, the air temperature fluctuates more than in the other months.

RÉSUMÉ

La lisière de la glace de mer extraite d’images micro-ondes passives par trois algorithmes différents ARTIST (ASI), NASA Team 2 (NT2) et Bootstrap (BT), sont comparées à celles dérivées des cartes quotidiennes du Service canadien des glaces sur une zone de glace principalement saisonnière dans l’est de l’Arctique canadien pour la période 2013–2021. Afin de déterminer l’erreur de localisation de la lisière de la glace, nous avons introduit une mesure de déplacement basée sur la longueur des bords appelée erreur de déplacement des bords (EDE), une mesure sans dimension obtenue en divisant la distance moyenne pondérée de Hausdorff par la longueur de la lisière. Nous avons constaté que l’algorithme ASI a l’EDE le plus élevé en moyenne, tandis que l’algorithme BT a le plus bas. En octobre (début de la période de gel), la lisière de la glace présente des méandres importants, et l’EDE est moins sensible aux changements dans la zone cartographiée. Pendant la période de congélation, les trois algorithmes ont la valeur EDE moyenne la plus élevée par rapport aux autres mois en raison de l’apparition d’une glace mince. Une plus grande plage de valeurs EDE a été observée en avril qu’au cours des autres mois. Dans toute cette région, la vitesse du vent varie le plus en avril et en mai, tandis qu’en avril, la température de l’air fluctue davantage que les autres mois.

Acknowledgments

The CIS daily ice charts are from Environment and Climate Change Canada (ECCC). We thank Raymond Pelletier for sharing these data with us.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).

Additional information

Funding

This work was funded by the Natural Science and Engineering Research Council (NSERC), Global Water Futures (GWF), and Environment and Climate Change Canada (ECCC).