Detection of subsurface permafrost features with ground‐penetrating radar, Barrow, Alaska

A ground-penetrating radar (GPR) survey was conducted in May 1999 on the 1 km2 Circumpolar Active Layer Monitoring (CALM) grid 5 km east of Barrow, Alaska. Spatially continuous measurements were collected along established transects while the active layer remained frozen. The primary objectives were to determine the ‘long-term’ position of the permafrost table, to recognize ice wedges and ice lenses, and to locate the organic–mineral soil interface. GPR signal and core collection were performed in tandem to verify signal interpretation, to calibrate the instrument, and to determine optimal GPR data-collection parameters. Two-way travel times from the antenna to subsurface reflectors were compared with measured depths obtained from soil cores to estimate an average pulse propagation velocity of 0.13 m/ns through the frozen soil. The most conspicuous subsurface reflectors were ice wedges, which gave high-amplitude hyperbolic reflections. Owing to its higher ice content, the approximate long-term position of the permafrost table could be traced laterally across the profile. Radar interpretations were obscured by the effects of cryoturbation, and because some horizons lack sufficient contrast in electrical properties. Highly detailed information can be obtained by collecting radar data at relatively slow speeds of advance, by using faster scanning rates (>32 scans/s), and by employing high-frequency antennas (>400 MHz). Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd. RESUME Un leve realise avec un radar dont les ondes penetrent dans le sol a ete realise en mai 1999 sur un km2 appartenant a la grille etablie pour suivre l'evolution de la couche active circumpolaire (CALM), 5 km a l'est de Barrow, Alaska. Des mesures ont ete realisees le long de transects alors que la couche active etait gelee. Les premiers objectifs etaient de determiner la position a long terme de la table du pergelisol, de reconnaitre les coins et les lentilles de glace, et de localiser le contact entre les sols organiques et mineraux. Les donnees radar et des carottes de sondages ont ete recueillies au meme moment pour verifier l'interpretation des donnees radar, calibrer l'instrument et determiner les meilleurs parametres d'enregistrement. Deux facons de calculer les temps de parcours depuis l'antenne jusqu'aux reflecteurs souterrains ont ete compares avec des mesures obtenues par sondages, pour estimer une vitesse moyenne de propagation de 0.13 m/ns a travers le sol gele. Les reflecteurs les plus apparents ont ete les coins de glace qui donnent des reflexions hyperboliques de grande amplitude. En raison de leur haute teneur en glace, la position approximative a long terme de la table du pergelisol a pu etre reconnue le long des profils. Les interpretations sont obscurcies par les effects des cryoturbations et aussi, parce que certains horizons n'ont pas un contraste suffisant dans leurs proprietes electriques. Une information hautement detaillee peut etre obtenue par la methode radar en utilisant des vitesses lentes d'avancee, de rapides vitesses de scannages (>32 scans/s) et en utilisant des antennes de hautes frequence (>400 MHz). Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.