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Enregistrement W4390701392 · doi:10.5194/egusphere-2023-3133

Mapping surface hoar from near-infrared texture in a laboratory

2024· preprint· en· W4390701392 sur OpenAlexaff
James Dillon, Christopher Donahue, Evan Schehrer, Karl W. Birkeland, Kevin Hammonds

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typepreprint
Langueen
DomaineEarth and Planetary Sciences
ThématiqueCryospheric studies and observations
Établissements canadiensUniversity of Northern British Columbia
Organismes subventionnairesNuclear Safety and Security CommissionNational Science FoundationU.S. Department of TransportationMontana State UniversityNational Aeronautics and Space AdministrationColorado Department of Transportation
Mots-clésSnowpackRemote sensingSnowSpectral signatureTexture (cosmology)Near-infrared spectroscopyHyperspectral imagingMaterials scienceImage resolutionInfraredGeologyOpticsPhysicsArtificial intelligenceComputer scienceGeomorphologyImage (mathematics)

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract. Surface hoar crystals are snow grains that form when water vapor deposits on the snow surface. Once buried, surface hoar creates a weak layer in the snowpack that can later cause large avalanches to occur. The formation and persistence of surface hoar are highly spatiotemporally variable making its detection difficult. Remote sensing technology capable of detecting the presence and spatial distribution of surface hoar would be beneficial for avalanche forecasting, however this capability has yet to be developed. Here, we hypothesize that near-infrared (NIR) texture, defined as the spatial variability of reflectance magnitude, may produce an optical signature unique to surface hoar due to the grains distinct shape and orientation. We tested this hypothesis by performing reflectance experiments in a controlled cold laboratory environment to evaluate the potential and accuracy of surface hoar mapping from NIR texture using a near-infrared hyperspectral imager (NIR-HSI) and a lidar operating at 1064 nm. We analyzed forty-one snow samples; three of which were surface hoar and 38 that consisted of other grain morphologies. When using NIR-HSI under direct and diffuse illumination, we found that surface hoar displayed higher NIR texture relative to all other grain shapes across numerous spectral bands and a wide range of spatial resolutions (0.5–50 mm). Due to the large number of spectral and spatial resolution combinations, we conducted a detailed samplewise case study at 1324 nm spectral and 10 mm spatial resolutions. The case study resulted in the median texture of surface hoar being 1.3 to 8.6 times greater than the 38 other samples under direct and diffuse illumination (p < 0.05 in all cases). Using lidar, surface hoar also exhibited significantly increased NIR texture in 30 out of 38 samples, but only at select (5–25 mm) spatial resolutions. Leveraging these results, we propose a simple binary classification algorithm to map the extent of surface hoar on a pixelwise basis using both the NIR-HSI and lidar instruments. The NIR-HSI under direct and diffuse illumination performed best, with a median accuracy of 96.91 % and 97.37 %, respectively. Conversely, median classification accuracy with lidar was only 66.99 %. Further, to assess the repeatability of our method and demonstrate mapping capacity, we ran the algorithm on a new sample with mixed microstructures, with accuracy of 99.61 % and 96.15 % for direct and diffuse, respectively. As NIR-HSI detectors become increasingly available, our findings demonstrate the potential of a new tool for avalanche forecasters to remotely assess the spatiotemporal variability of surface hoar, which would improve avalanche forecasts and potentially save lives.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,002
Score d'incertitude au seuil0,003

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,020
Tête enseignante GPT0,218
Écart entre enseignants0,198 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations1
Publié2024
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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