Morphometric measurements of cinder cones from digital elevation models of Tolbachik volcanic field, central Kamchatka

Abstract

The present research examines the measured morphometric values of monogenetic cinder cones in the Tolbachik volcanic field, Kluchevskaya volcanic group, Kamchatka. The cones were measured from digital elevation models (DEMs) derived from satellite data (ASTER, ALOS PALSAR, and SRTM) and from digitized topographic maps. GPS measurements of 85 locations were performed in the field to provide geodetic reference for DEM processing and to assess the accuracy of the DEM. A methodology for morphometric measurements on a DEM is proposed. The morphometric parameters derived from a DEM include the main characteristics that control the rate of degradational evolution of the cone, namely height, width, and slope. The measured morphometric values were compared and accuracy assessment was carried out. Our study analyzes the morphometric values of four recent cinder cones formed during the last basaltic eruption in 1975–1976 and five older cinder cones formed during the last 2000 years. We show that morphometric values obtained from a DEM are affected by the resolution change, and characteristics of the same cinder cone may vary among DEMs of different resolutions. Our results indicate that the morphometry of the cinder cones can be well characterized by a DEM derived from remotely sensed data. The calculated morphometric parameters showed a correlation with the spatial resolution of the DEM and relative age of the cinder cones. All DEMs studied (including coarse-resolution SRTM) were found to provide reliable morphometric parameters, although the calculated values varied as a function of spatial resolution.

Dans la présente recherche, on examine les valeurs morphométriques mesurées à partir des cônes de scories monogéniques dans le champ volcanique de Tolbachik (groupe volcanique Kluchevskaya, Kamchatka). Les cônes ont été mesurés à partir de modèles numériques d’élévation dérivés de données satellitaires (ASTER, ALOS PALSAR et SRTM) et de cartes topographiques numérisées. Des mesures GPS ont été acquises sur le terrain sur 85 sites à titre de référence géodésique pour le traitement du MNE de même que pour évaluer la précision du MNE. On propose une méthodologie pour dériver des mesures morphométriques d’un MNE. Les paramètres morphométriques dérivés d’un MNE incluent les principales caractéristiques qui contrôlent le taux de dégradation du cône : la hauteur, la largeur et la pente. Les valeurs morphométriques mesurées ont été comparées et une évaluation de la précision a été réalisée. Dans cette étude, on analyse les valeurs morphométriques de quatre cônes de scories récents formés lors de la dernière éruption basaltique en 1975–1976 et de cinq plus anciens formés au cours des 2000 dernières années. On montre que les valeurs morphométriques obtenues d’un MNE sont affectées par le changement de résolution et que les caractéristiques d’un même cône de scories peuvent varier selon les différentes résolutions du MNE. Les résultats démontrent que la morphométrie des cônes de scories peut être caractérisée efficacement à l’aide d’un MNE dérivé des données de télédétection. Les paramètres morphométriques calculés sont corrélés avec la résolution spatiale du MNE et l’âge relatif des cônes de scories. On a pu observer que tous les MNE étudiés (incluant les données SRTM à résolution plus grossière) pouvaient donner des paramètres morphométriques fiables bien que les valeurs calculées variaient en fonction de la résolution spatiale.[Traduit par la Rédaction]