Spectral Reflectances of Snow and Fresh-Water Ice from 340 Through 1 100 nm

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Abstract
Measured spectral reflectances of new and moderately metamorphosed snow were generally >80% from 340–950 nm. From 950–1 100 nm a characteristic dip and rise of spectral reflectances occurred. One spectroradiometer scan over a deteriorated snow patch showed much lower spectral reflectances than fresh snow, but the shape of the curve remained similar to that of fresher snow. Spectral reflectances for clear ice contrasted sharply with those for snow. In general, values were <10% and the curves lacked distinctive shape. Higher spectral reflectances, due to “lighter”-appearing ice in the measurement area, were measured at some sites. Refrozen slush, pancake, brash, and slush curd ice revealed spectral reflectance curves similar in form to each other, but which varied significantly in the range of spectral reflectances for each ice type. Generally, reflectances rose slowly from 340 nm to a peak near 550 nm. From 550–775 nm reflectances decreased slowly but significantly. A slight dip and rise in reflectances occured from 775–850 nm after which values again dipped significantly (850–900 nm). From 950–1 100 nm, a dip and rise in reflectances similar to that for snow was observed. The amount of slush included seems to control the reflectances of these ice types. All measurements were acquired with a pair of scanning spectroradiometers having picowatt accuracy, adapted to obtain, automatically, simultaneous readings of incident and reflected radiation from 340–1 100 nm. The spectroradiometers were field-calibrated using Sun-plus-sky radiation as a calibration source. Résumé Les reflectances mesurées de la neige fraîche ou peu transformée étaient, en général, supérieures à 80% dans la bande 340–950 nm. Entre 950 et 1 100 nm interviennent un creux et un pic de reflectance. Un parcours au spectroradiomètre sur une neige transformée a montré des reflectances spectrales beaucoup plus faibles que pour la neige fraîche, mais la forme de la courbe est restée semblable à celle de la neige plus récente. Les reflectances spectrales pour de la glace claire contrastent fortement avec celles pour la neige. En général les valeurs étaient de moins de 10% et les courbes montraient des lacunes nettes. En certains points de fortes reflectances spectrales, dues à de la glace apparaissant comme plus «brillante» dans la zone observée, ont été mesurées. La neige fondante regelée, les crêpes, le «brash», et de la glace de «slush» figée ont donné des courbes de reflectance spectrale se ressemblant l’une l’autre, mais significativement décalées l’une de l’autre dans la gamme des reflectances spectrales. Généralement, la reflectance augmente faiblement à partir de 340 nm jusqu’à un maximum près de 550 nm. De 550 à 775 nm les reflectances décroissent lentement mais significativement. Une petite oscillation par creux et pic se place entre 775 et 850 nm après quoi les valeurs plongent à nouveau de manière sensible (850–900 nm). Entre 950 et 1 100 nm une oscillation par creux et pic semblable à celle de la neige s’observe. La quantité de «slush» qu’il inclut semble régler la reflectance de chaque type de glaces. Toutes les mesures ont été faites avec une paire de spectroradiomètres à balayage, précis au picowatt, construits pour donner automatiquement une lecture simultanée des radiations incidentes et réfléchies entre 340 et 1 100 nm. Les spectroradiomètres ont été étalonnés sur le terrain sur les radiations naturelles solaires et célestes. Zusammenfassung Im Wellenlängenbereich von 340–950 nm betrug das gemessene spektrale Reflexionsvermögen von frischem und mässig umgebildetem Schnee im allgemeinen mehr als 80%. Zwischen 950 und 1 100 nm trat eine charakteristische Ab- und Zunahme des spektralen reflexionsvermögens auf. Die Abtastung eines älteren Schneeflecks mit einem Radiometer ergab weit geringere Werte als bei frischem Schnee, doch verlief die Reflexionskurve ähnlich wie dort. Die spektrale Reflexion bei klarem Eis unterscheidet sich wesentlich von der für Schnee. Im allgemeinen lagen die Werte unter 10% und die Kurven zeigten keinen unterschiedlichen Verlauf. An einigen Stellen mit ..heller” erscheinendem Eis wurden höhere Werte der spektralen Reflexion gemessen. Wiedergefrorener Schneeschlamm, Pfannkucheneis und Trümmereis sowie Eismatsch zeigten Reflexionskurven, die ihrer Form nach ähnlich waren, sich jedoch im Bereich der spektralen Reflexion für jeden Eistyp wesentlich unterschieden. Im allgemeinen stieg das Reflexionsvermögen allmählich von 340 nm zu einem Gipfel bei 550 nm. Zwischen 550 und 775 nm nahm das Reflexionsvermögen langsam, aber deutlich ab. Eine leichte Ab- und Zunahme trate zwischen 775 und 850 nm auf, worauf die Werte wieder deutlich sanken (850–900 nm). Zwischen 950 und 1 100 nm wurde eine Ab- und Zunahme des Reflexionsvermögens ähnlich wie bei Schnee beobachtet. Der Anteil an Schneeschlamm scheint für das Reflexionsvermögen dieser Eistypen bestimmend zu sein. Alle Messungen wurden mit einem Paar von Abtastradiometern mit Picowatt-Genauigkeit gewonnen, die zur automatischen Aufzeichnung der einfallenden und reflektierten Strahlung zwischen 340 und 1 100 nm eingerichtet waren. Die Geräte wurden im Feld mit Hilfe der Sonnen- und Himmelsstrahlung geeicht.