Geomorphological mapping in the Antarctic Peninsula region applying single and multipolarization RADARSAT-2 data

Abstract

RADARSAT-2 data in the ultra-fine and fine quad polarization mode was evaluated to identify morpho-structural, periglacial, and other geomorphological features within the Antarctic Peninsula region. The study was carried out within Byers Peninsula, the largest ice-free area on the South Shetland Islands. A methodology was developed to integrate and compare data from different sources to optimize the selection of criteria and techniques to obtain information from RADARSAT-2 relevant to the geomorphology of the study area. Ultra-fine data were focused on the extraction of linear features and fine structures; whereas, fine quad polarized data were implemented to identify scattering mechanisms for different surface covers. It was possible to extract a greater number of lineaments and structures with the ultra-fine data. A supervised classification was carried out using the fine quad polarized data, where a careful selection of training and validation sites was needed. The overall classification accuracy was 75% with a Kappa coefficient of 0.71. Surface cover features with low entropy scattering mechanisms were well identified with a maximum of 86% accuracy. The accuracy for higher entropy volume and multiple scattering mechanisms were only slightly lower and are considered especially important for the type of geomorphological features studied on Byers Peninsula.

Les données de RADARSAT-2 en mode ultra-fin et fin ont été analysées afin d’ identifier des caractéristiques morpho-structurelles, périglaciaires et d'autres traits géomorphologiques dans la région de la Péninsule Antarctique. L’étude a été effectuée dans la Péninsule Byers, la plus large zone sans glace des Iles Shetland du Sud. Une méthodologie a été développée pour l'integration et la comparaison des données provenant de différentes origines, dans l'intention d'optimiser la sélection de critères et de techniques pour obtenir de RADARSAT-2 des informations pertinentes pour la géomorphologie de la zone d’étude. Des données ultra-fines ont été surtout orientées sur l'extraction d’éléments linéaires et de structures fines, tandis que des données fines de polarisation quadruple ont été implementées pour identifier des mecanismes de dispersion pour différentes couvertures de surface. Les données ultra-fines ont permis d'extraire un nombre supérieur de linéaments et de structures. Une classification supervisée a été mise en oeuvre en utilisant des données de quadruple polarisation, où a été nécessaire une sélection approfondie de sites de formation et de validation. La précision globale de la classification a été de 75% avec un coefficient Kappa de 0.71. Des caractéristiques de couverture de surface présentant des mécanismes de dispersion de faible entropie ont été bien identifiées avec une préceision de 86%. Les précisions pour des volumes d'entropie supérieur et des mécanismes de dispersion multiple ont été légèrement inférieures, et sont considerées comme particulièrement importantes pour le type de caractéristiques géomorphologiques étudiés dans la Péninsule Byers.

Acknowledgements

This work was supported by the RADARSAT-2 Science and Operational Applications Research Program (SOAR) from the Canadian Space Agency and MacDonald, Dettwiler and Associates Ltd. Geospatial Services Inc., Canada, that provided satellite data through the SOAR-1376 project granted to the Universidad Autónoma de Madrid, Spain. The authors would like to thank them for their assistance in acquiring the data. Many thanks also go to Ms. A. B. Nieto for the preprocessing work related to the geometric correction of the images and to S. Mink for her contribution to prepare the DEM. The authors’ research and the field work were funded by the projects CGL2005-03256, CGL2007-28812-E, CTM2011-26372, and CTM2011-13902-E of the Spanish R&D National Plan. This work is also a contribution to the IPY project ANTPAS (Antarctic Permafrost and Soils). Logistic support for field work was provided by the Spanish Antarctic program. Finally, the authors would like to thank the reviewers and the editor for their suggestions and comments.