Alpine rock glaciers: surface dynamics and role in stream hydrology

Nelle Alpi è stata documentata un incremento delle velocità di scorrimento dei rock glacier e dei fenomeni di destabilizzazione in relazione all’aumento delle temperature, al riscaldamento del suolo e alla perdita di ghiaccio. Il cambiamento delle condizioni climatiche e l'aumento della temperatura dell'aria influenzano lo stato termico del permafrost. Gli studi hanno dimostrato che la temperatura della superficie del suolo, insieme alle caratteristiche esterne e interne del rock glacier, controlla la deformazione del permafrost e le velocità di flusso dei rock glaciers. Le serie temporali mostrano una correlazione tra le velocità di flusso dei rock glaciers e le temperature dell'aria su scale temporali stagionali, interannuali e decennali, mentre le variazioni di velocità a breve termine sono influenzate dall'idrologia. La tesi esamina l'influenza di alcune forzature meteorologiche e i processi che controllano l'evoluzione della dinamica dei rock glaciers a più scale spazio-temporali attraverso la modellazione basata sui processi, la raccolta e l'analisi dei dati e le tecniche di rilevamento remoto. A questo scopo, sono stati ottenuti dati RGB ad alta risoluzione spaziale raccolti con droni e misure dirette in situ, relative allo stato termico del permafrost e all'idrologia. Il primo studio è legato all'indagine delle dinamiche di un rock glacier su scale temporali interannuali e pluriennali accoppiate all'aumento delle temperature. Prima, l'attenzione è stata posta sulla valutazione della precisione dei modelli digitali di superficie (DSM) e sulla valutazione degli errori sistematici che possono influenzare i dati. Successivamente le nuvole di punti densi, le ortoimmagini e i DSM sono stati elaborati per derivare campi di velocità superficiale 2D e 3D, utilizzando un algoritmo di feature-tracking e l'algoritmo M3C2. Sono state studiate le relazioni tra le velocità superficiali, l'estensione e lo stato termico del permafrost. I risultati hanno mostrato ch
Since the 1990s, a significant acceleration of rock glacier flow rates and of destabilizing phenomena have been documented in the European Alps in relation to constantly rising temperatures, soil warming and ice loss. Changing climatic conditions and the increase in air temperature strongly influence the thermal state of permafrost. Studies showed that ground surface temperature, together with the rock glacier external and internal characteristics, controls the deformation of frozen ground and the rock glacier flow velocities. Kinematic time series showed a correlation between rock glacier flow rates and air temperatures at seasonal, inter-annual and decennial time scales, while short-term velocity variations seem to be influenced by the hydrology of the rock glaciers. The thesis, composed of three main studies, examines the influence of some meteorological forcing and the processes controlling the evolution of rock glacier dynamics at multi spatio-temporal scales by means process-based modelling, data collection and analysis, and remote sensing techniques. For this purpose, high spatial resolution RGB data collected with drone platforms and direct in-situ measurements, related to thermal state of permafrost and hydrology, were conducted. The first study is related to the investigation of the rock glacier dynamics on interannual and multiannual time scales coupled with rising warming temperatures. First, the focus was set on assessing the accuracy of the Digital Surface Models (DSMs) and on evaluating systematic errors that may affect the drone-SfM derived data. Once the recipe to derive accurate datasets was found, the dense point clouds, the orthoimages and the DSMs were processed to derive 2D and 3D surface velocity fields, using a feature-tracking algorithm and the Multiscale Model to Model Cloud Comparison algorithm. Successively, the relationship between horizontal surface velocities, extension of frozen ground at depth and thermal state of permafrost were inv