The applicability of optical satellite data to quantify coastal erosion across the Arctic is limited due to frequent cloud cover. Synthetic Aperture Radar (SAR) may provide an alternative. The interpretation of SAR data for coastal erosion monitoring in Arctic regions is, however, challenging due to issues of viewing geometry, ambiguities in scattering behavior and inconsistencies in acquisition strategies. In order to assess SAR applicability, we have investigated data acquired at three different wavelengths (X-, C-, L-band; TerraSAR-X, Sentinel-1, ALOS PALSAR 1/2). In a first step we developed a pre-processing workflow which considers viewing geometry issues (shoreline orientation, incidence angle relationships with respect to different landcover types). We distinguish between areas with foreshortening along cliffs facing the sensor, radar shadow along cliffs facing away and traditional land-water boundary discrimination. Results are compared to retrievals from Landsat trends. Four regions which feature high erosion rates have been selected. All three wavelengths have been investigated for Kay Point (Canadian Beaufort Sea Coast). C- and L-band have been studied at all sites, including also Herschel Island (Canadian Beaufort Sea Coast), Varandai (Barents Sea Coast, Russia), and Bykovsky Peninsula (Laptev Sea coast, Russia). Erosion rates have been derived for a 1-year period (2017–2018) and in case of L-band also over 11 years (2007–2018). Results indicate applicability of all wavelengths, but acquisitions need to be selected with care to deal with potential ambiguities in scattering behavior. Furthermore, incidence angle dependencies need to be considered for discrimination of the land-water boundary in case of L- and C-band. However, L-band has the lowest sensitivity to wave action and relevant future missions are expected to be of value for coastal erosion monitoring. The utilization of trends derived from Landsat is also promising for efficient long-term trend retrieval. The high spatial resolution of TerraSAR-X staring spot light mode (<1 m) also allows the use of radar shadow for cliff-top monitoring in all seasons. Derived retreat rates agree with rates available from other data sources, but the applicability for automatic retrieval is partially limited. The derived rates suggest an increase of erosion at all four sites in recent years, but uncertainties are also high.

中文翻译：

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合成孔径雷达应用于北极海岸侵蚀速率量化的可行性研究

由于频繁的云层覆盖，光学卫星数据在量化北极海岸侵蚀方面的适用性受到限制。合成孔径雷达 (SAR) 可以提供替代方案。然而，由于观察几何问题、散射行为的模糊性和采集策略的不一致，用于北极地区海岸侵蚀监测的 SAR 数据的解释具有挑战性。为了评估 SAR 的适用性，我们研究了在三种不同波长（X-、C-、L-波段；TerraSAR-X、Sentinel-1、ALOS PALSAR 1/2）上采集的数据。在第一步中，我们开发了一个预处理工作流程，它考虑了观察几何问题（海岸线方向、不同土地覆盖类型的入射角关系）。我们区分沿面向传感器的悬崖有透视缩短的区域，背离悬崖的雷达阴影和传统的陆水边界区分。结果与来自 Landsat 趋势的检索进行了比较。选择了四个侵蚀率高的区域。已经针对 Kay Point（加拿大波弗特海岸）研究了所有三个波长。C 波段和 L 波段已在所有地点进行了研究，包括赫歇尔岛（加拿大波弗特海岸）、瓦兰代（俄罗斯巴伦支海岸）和拜科夫斯基半岛（俄罗斯拉普捷夫海岸）。侵蚀率是在 1 年（2017-2018 年）期间得出的，在 L 波段的情况下，侵蚀率也超过 11 年（2007-2018 年）。结果表明适用于所有波长，但需要谨慎选择采集以处理散射行为中的潜在模糊性。此外，在 L 波段和 C 波段的情况下，需要考虑入射角依赖性来区分陆地 - 水边界。然而，L 波段对波浪作用的敏感性最低，未来相关的任务预计对海岸侵蚀监测有价值。利用源自 Landsat 的趋势也有望有效地进行长期趋势检索。TerraSAR-X 凝视聚光灯模式 (<1 m) 的高空间分辨率还允许使用雷达阴影进行所有季节的悬崖顶监测。派生的撤退率与其他数据源的可用率一致，但自动检索的适用性受到部分限制。推导出的速率表明近年来所有四个地点的侵蚀都在增加，但不确定性也很高。L波段对波浪作用的敏感性最低，预计未来相关任务对海岸侵蚀监测具有价值。利用源自 Landsat 的趋势也有望有效地进行长期趋势检索。TerraSAR-X 凝视聚光灯模式 (<1 m) 的高空间分辨率还允许使用雷达阴影进行所有季节的悬崖顶监测。派生的撤退率与其他数据源的可用率一致，但自动检索的适用性受到部分限制。推导出的速率表明近年来所有四个地点的侵蚀都在增加，但不确定性也很高。L波段对波浪作用的敏感性最低，预计未来相关任务对海岸侵蚀监测具有价值。利用源自 Landsat 的趋势也有望有效地进行长期趋势检索。TerraSAR-X 凝视聚光灯模式 (<1 m) 的高空间分辨率还允许使用雷达阴影进行所有季节的悬崖顶监测。派生的撤退率与其他数据源的可用率一致，但自动检索的适用性受到部分限制。推导出的速率表明近年来所有四个地点的侵蚀都在增加，但不确定性也很高。利用源自 Landsat 的趋势也有望有效地进行长期趋势检索。TerraSAR-X 凝视聚光灯模式 (<1 m) 的高空间分辨率还允许使用雷达阴影进行所有季节的悬崖顶监测。派生的撤退率与其他数据源的可用率一致，但自动检索的适用性受到部分限制。推导出的速率表明近年来所有四个地点的侵蚀都在增加，但不确定性也很高。利用源自 Landsat 的趋势也有望有效地进行长期趋势检索。TerraSAR-X 凝视聚光灯模式 (<1 m) 的高空间分辨率还允许使用雷达阴影进行所有季节的悬崖顶监测。派生的撤退率与其他数据源的可用率一致，但自动检索的适用性受到部分限制。推导出的速率表明近年来所有四个地点的侵蚀都在增加，但不确定性也很高。