Investigating Sand Dune Location, Orientation and Geomorphometry Through GEOBIA-Based Mapping: A Case Study in Northern Sweden

• Main Author: Stammler, Melanie
• Format: Others
• Language: English
• Published: Uppsala universitet, Institutionen för geovetenskaper 2020
• Subjects: sand dunes; geomorphological mapping; object-based image analysis; landscape development; sanddyner; geomorfologisk kartläggning; geografisk objektbaserad bildanalys; landskapsutveckling; Physical Geography; Naturgeografi
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-424975

Climate change has repeatedly been framed as the defining issue of the Anthropocene and with the Arctic changing at unpreceded speed need is high for a profound understanding of the Northern Swedish landscape. Northern Swedish aeolian sand dunes have been impacted by climatic changes throughout time. Their location, orientation and geomorphometry can therefore be used to explore past wind patterns and dune activity. By systematically and spatially mapping the dunes, patterns in location can be illustrated, dune orientations investigated, the dunes’ geomorphometry characterised and sediment sources determined. Based on this knowledge, insight in landscape development along with a better understanding of long-term landscape (in)stability in Northern Sweden can be gained. This M. Sc. thesis sets out to summarize useful concepts to understand the formation of Northern Swedish aeolian sand dunes and to derive its implications for understanding landscape development. Based thereon, it deduces the strong need to systematically and spatially analyse aeolian sand dunes in Northern Sweden. The use of geographic object-based image analysis (GEOBIA) allows for the detection of potential dune locations over a large area and provides defined and reproducible mapping boundaries. Polygons are created by segmenting a residual-relief separated digital elevation model (DEM) as well as slope and curvature data. The multi-resolution segmentation provides best results with a scale parameter of 15 and a homogeneity criterion of 0.1 for the shape criterion, as well as 0.5 for the compactness criterion. A rule-based classification with empirically derived parameters accepts on average 2.5 % of the segmented image objects as potential dune sites. Subsequent expert-decision confirms on average 25 % of the classified image objects as identified dune locations. The rule-based classification provides best results when targeting a smaller area as this allows for less variability within the dune characteristics. The investigation of expert-accepted dune locations confirms a prevalence of parabolic dune forms, reveals the coexistence of simple dunes with large coalesced systems, exemplifies variation in dune orientation and highlights that the majority of dunes are supplied by glaciofluvial deposits. By mapping Northern Swedish aeolian sand dunes and investigating their meaning for landscape development, this thesis furthermore contributes to closing the gap identified for research on Northern Swedish aeolian sand dunes. === Den första associationen till sanddyner är säkert Sahara snarare än norra Sverige. Ändå är dessa fossila sanddyner också mycket relevanta och intressanta att studera. De kan analyseras i samband med det omgivande landskapet och dess orientering. Dessa egenskaper hjälper till att identifiera mönster i landskapsutveckling. Detta och på grund av dynarnas relativt gamla ålder kan slutsatser om landskapets (in)stabilitet på geologiska tidsskalor dras. Detta är mycket användbart eftersom det kan ge insikter om hur klimatet såg ut under tiden som sanddynerna bildades - perioder där människor ännu inte har bevittnat klimatet. Kunskap som till exempel hur klimatet som rådde för länge sedan såg ut kan användas bland annat för att uppskatta hur landskapet kommer förändras i framtiden till följd av klimatförändringar. Trots dessa användbara egenskaper hos sanddynerna har lite forskning gjorts hittills. Det här examensarbet försöker motverka detta kunskapsgap och kartlägger sanddyner i norra Sverige med hjälp av geografisk objektbaserad bildanalys (geographic object-based image analysis, GEOBIA). Det innebär att bildmaterial och digitala höjdmodeller frigjorda från vegetation automatiskt analyseras med hjälp av algoritmer. Fokus här är inte på att analysera enskilda pixlar. Snarare grupperas pixlar med liknande egenskaper så som lutning (slope), krökning (curvature) och spektralegenskaper. Dessa blir sedan grunden för analysen. Möjliga sanddyner upptäcks semi-automatiskt så att deras position och orientering sedan kan analyseras. Den kunskap som erhållits på detta sätt utgör grunden för vidare forskning. Ett annat mål är att bidra till en djupare förståelse kring landskapsutvecklingen i norra Sverige. Det är viktigt att komma ihåg att detta är ett område som särskilt påverkas av klimatförändringar. En ökad kunskap om landskapets tidigare klimatrespons kan därmed bidra till att förutsäga framtiden för denna region. Förutom att öka kunskapen kring sanddyner i norra Sverige hjälper det här mastersarbetet även till att utvidga användningen av GEOBIA inom geomorfologiska studier.