A cold laboratory hyperspectral imaging system to map grain size and ice layer distributions in firn cores
Notice bibliographique
Résumé
Abstract. The Greenland and Antarctic ice sheets are covered in a layer of porous firn. Knowledge of firn structure improves our understanding of ice sheet mass balance, supra- and englacial hydrology, and ice core paleoclimate records. While macroscale firn properties, such as firn density, are relatively easy to measure in the field or lab, more intensive measurements of microstructural properties are necessary to reduce uncertainty in remote sensing observations of mass balance, model meltwater infiltration, and constrain ice age – gas age differences in ice cores. Additionally, as the duration and extent of surface melting increases, refreezing meltwater will greatly alter firn structure. Field observations of firn grain size and ice layer stratigraphy are required to test and validate physical models that simulate the ice-sheet-wide evolution of the firn layer. However, visually measuring grain size and ice layer distributions is tedious, is time-consuming, and can be subjective depending on the method. Here we demonstrate a method to systematically map firn core grain size and ice layer stratigraphy using a near-infrared hyperspectral imager (NIR-HSI; 900–1700 nm). We scanned 14 firn cores spanning ∼ 1000 km across western Greenland’s percolation zone with the NIR-HSI mounted on a linear translation stage in a cold laboratory. We leverage the relationship between effective grain size, a measure of NIR light absorption by firn grains, and NIR reflectance to produce high-resolution (0.4 mm) maps of effective grain size and ice layer stratigraphy. We show the NIR-HSI reproduces visually identified ice layer stratigraphy and infiltration ice content across all cores. Effective grain sizes change synchronously with traditionally measured grain radii with depth, although effective grains in each core are 1.5× larger on average, which is largely related to the differences in measurement techniques. To demonstrate the utility of the firn stratigraphic maps produced by the NIR-HSI, we track the 2012 melt event across the transect and assess its impact on deep firn structure by quantifying changes to infiltration ice content and grain size. These results indicate that NIR-HSI firn core analysis is a robust technique that can document deep and long-lasting changes to the firn column from meltwater percolation while quickly and accurately providing detailed firn stratigraphy datasets necessary for firn research applications.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».