On measuring snow ablation rates in alpine terrain with a mobile GPR device

Abstract

Abstract. Ground penetrating radar (GPR) has become a promising technique in the field of snow hydrological research. It is commonly used to measure snow depth, density, and water equivalent over large distances or along gridded snow courses.Having built and tested a mobile light-weight setup, we demonstrate that GPR is capable of accurately measuring snow ablation rates in complex alpine terrain. Our setup was optimized for efficient measurements and consisted of a common-mid-point assembly with four pairs of antennas mounted to a plastic sled, which was small enough to permit safe and convenient oper-5 ations. Repeated measurements were taken during the 2014/15 winter season along ten profiles within two valleys located in the eastern Swiss Alps. Resulting GPR-based data of snow depth and water equivalent as well as their respective change rates over time were in good agreement with concurrent manual measurements, in particular if accurate alignment between repeated overpasses could be achieved (root-mean-square error of 4.5 cm for snow depth, 25 mm for snow water equivalent, and 4.4 cm and 26 mm for the respective change rates). With its suitability for alpine terrain and the achieved accuracy, the presented setup 10 could become a valuable tool to validate snowmelt models or to complement lidar-based snow surveys.

Measurement of water equivalent, average density and height of layered snow cover using UWB electromagnetic pulses.

“…Подповерхностные радары широко используются для измерения одного или одновременного нескольких из следующих параметров снежного покрова: высота, плотность, водный эквивалент (ВЭСП) и влажность [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13]. Толщина снежного покрова может быть измерена по времени задержки импульса t, отраженного от границы снег-почва относительно времени прихода опорного импульса.…”

“…Вместе с тем, получены прямые эмпирические зависимости, связывающие ВЭСП со временем задержки импульсов в случае сухого [1,[15][16][17][18] и влажного снежного покрова [2]. Регистрация отраженных импульсов от границы снег-почва в случае разнесенного приёма с двумя и более базами между приемной и передающей антеннами позволяет в геометрооптическом приближении исключить время распространения импульсов по двум и более путям, аналогично [19], и найти из системы алгебраических уравнений среднюю скорость, высоту снежного покрова [4][5][6] и оценить ВЭСП с использованием диэлектрической модели [13,14]. В случае присутствия в снежном покрове диэлектрически-контрастных по отношению к снегу включений, размер которых меньше длины волны (соответствующей средней частоте зондирующего импульса), возможно построение радиолокационного гиперболического профиля в координатах: времени задержки и смещений центра приемо-передающих антенн (разнесенный прием).…”