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Imágenes SAR del océano y aplicaciones - GeoGratis

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<strong>Imágenes</strong> <strong>SAR</strong><br />

<strong>del</strong> <strong>océano</strong><br />

y <strong>aplicaciones</strong><br />

Natural Resources Ressources naturelles<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá<br />

Canada Canada


<strong>Imágenes</strong> <strong>SAR</strong> <strong>del</strong> <strong>océano</strong><br />

y <strong>aplicaciones</strong><br />

Aspectos importantes<br />

• Interacción entre el <strong>océano</strong> y el <strong>SAR</strong> (Radar de Apertura<br />

Sintética)<br />

• Aplicaciones <strong>del</strong> <strong>SAR</strong> en el <strong>océano</strong><br />

• Detección de embarcaciones<br />

• Detección de derrames de petróleo y de películas (contaminantes)<br />

naturales en la superficie<br />

• Estimación de características <strong>del</strong> viento (intensidad y dirección) y <strong>del</strong> oleaje<br />

(espectro direccional)<br />

• Determinación de características de meso-escala en el <strong>océano</strong><br />

• Identificación y estudio de procesos atmosféricos<br />

• Cartografía de las zonas costeras<br />

• Modos y haces recomendables de operación para el<br />

RADARSAT<br />

• Sensores complementarios para la observación <strong>del</strong> <strong>océano</strong><br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá


Interacción <strong>océano</strong> - <strong>SAR</strong><br />

• La retro-reflexión difusa de las microondas se<br />

determina totalmente por la rugosidad de la superficie<br />

<strong>del</strong> <strong>océano</strong> - no hay penetración de las ondas en el<br />

agua<br />

• La retro-reflexión está fuertemente relacionada con el<br />

ángulo de incidencia de la señal <strong>del</strong> <strong>SAR</strong> y la<br />

velocidad (intensidad y dirección) <strong>del</strong> viento<br />

• Existe una gran variedad de niveles de retro-reflexión<br />

difusa de las microondas para el caso de la superficie<br />

<strong>del</strong> <strong>océano</strong><br />

• ej. -40 dB < �° < + 10 dB<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá


Interacción Océano - <strong>SAR</strong> (continuación)<br />

• El mo<strong>del</strong>o de reflexión de Bragg se usa comúnmente<br />

para describir la retro-reflexión difusa de la señal <strong>del</strong> <strong>SAR</strong><br />

en la superficie <strong>del</strong> <strong>océano</strong><br />

• apropiado para ángulos de incidencia intermedios<br />

(aproximadamente 20° - 60° )<br />

• describe la reflexión resonante de las microondas por parte de<br />

las olas con longitudes <strong>del</strong> orden de la longitud de onda de la<br />

señal <strong>del</strong> radar (banda-C � 5 cm)<br />

– para el caso de la banda-C, éstas olas son comúnmente<br />

generadas por el viento<br />

• Típicamente, el viento induce un aumento en la<br />

rugosidad de la superficie <strong>del</strong> <strong>océano</strong>, se intensifica la<br />

retro-reflexión difusa de las microondas<br />

• Típicamente, la retro-reflexión difusa de las microondas<br />

en el <strong>océano</strong> disminuye al aumentar el ángulo de<br />

incidencia<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá


Mo<strong>del</strong>o híbrido CMOD_IFR2 de la retroreflexión<br />

difusa de las microondas en el <strong>océano</strong><br />

� 0 (dB)<br />

Umbral Mínimo de Ruido<br />

CVV; phi=0 grados; U=10 m/s<br />

CVV; phi=0 grados; U= 4 m/s<br />

CHH; phi=0 grados; U=10 m/s<br />

CHH; phi=0 grados; U= 4 m/s<br />

Ángulo de incidencia (grados)<br />

Fuente: Gray, A.L, P.W. Vachon, C.A. Bjerkelund y M.J. Manore, GER’97<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá


Alcance cercano<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá<br />

Efecto <strong>del</strong> ángulo<br />

de incidencia sobre<br />

la retro-reflexión<br />

difusa de las<br />

microondas en el<br />

<strong>océano</strong><br />

Costa Oeste de Vancouver<br />

RADARSAT Scan<strong>SAR</strong> Angosto<br />

(Porción de la imagen en el<br />

alcance cercano)<br />

el 3 de agosto 1996


Interacción <strong>océano</strong> - <strong>SAR</strong> (continuación)<br />

• La dirección <strong>del</strong> viento influye en la retro-reflexión de<br />

las microondas<br />

• la retro-reflexión es más intensa cuando la dirección de<br />

observación <strong>del</strong> radar es la misma que la <strong>del</strong> viento (con el<br />

viento, contra el viento)<br />

• la retro-reflexión es menor cuando la dirección de observación<br />

<strong>del</strong> radar es perpendicular a la <strong>del</strong> viento<br />

• Las variaciones en la velocidad <strong>del</strong> viento modulan la<br />

rugosidad de las ondas superficiales de la escala<br />

Bragg - se producen cambios locales en la retroreflexión<br />

de la señal<br />

• La detección de las características en la superficie de<br />

<strong>océano</strong> disminuye en condiciones de olas altas, debido<br />

a los altos niveles de ruido ambiental<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá


RADARSAT-1: Costa Oeste de la Isla Vancouver (B48.6° W125.4°)<br />

Fig. 1 : 22 julio 1997 14:21 UTC S7 Desc.<br />

Fig. 3 : 8 agosto 1997 14:26 UTC S6 Desc<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá<br />

Fig. 2 : 12 agosto 1997 02:00 UTC W1 Asc.<br />

Fig. 1: Ángulo de incidencia grande<br />

con baja intensidad <strong>del</strong> viento<br />

� = 47.3�, �� = -27, U = 2 m/s<br />

Fig. 2: Ángulo de incidencia pequeño<br />

con baja intensidad <strong>del</strong> viento<br />

� = 23.9�, �� = -9.6 dB, U = 5 m/s<br />

Fig. 3: Ángulo de incidencia grande<br />

con intensidad <strong>del</strong> viento más alta<br />

� = 43.8�, Oeste <strong>del</strong> Frente �� = -16 dB, U = 11 m/s<br />

Este <strong>del</strong> Frente �� = -24 dB<br />

� 1997 Agencia espacial canandiense<br />

Vachon P. W. y R. Olsen, 1998


Interacción <strong>océano</strong> - <strong>SAR</strong> (continuación)<br />

• La retro-reflexión <strong>del</strong> tipo Bragg es modulada por 3<br />

mecanismos principales que pueden intensificar o<br />

disminuir la retro-reflexión promedio de la superficie<br />

<strong>del</strong> <strong>océano</strong> :<br />

• modulación por la inclinación<br />

– cambio en el ángulo de incidencia local<br />

• modulación hidrodinámica<br />

– alteración de las ondas de escala Bragg debido a las velocidades<br />

superficiales en el <strong>océano</strong><br />

• amortiguamiento mediante surfactantes<br />

– supresión de las ondas de escala Bragg<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá


Fuente: NASA<br />

Reflexión de la señal <strong>del</strong> <strong>SAR</strong><br />

en el <strong>océano</strong><br />

SEÑAL DE<br />

RADAR<br />

AL SATÉLITE<br />

FACETAS<br />

EN<br />

MOVIMIENTO<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá<br />

DISPERSIÓN DE BRAGG<br />

HAY DISPERSIÓN DE BRAGG CUANDO:<br />

2x = 2L SEN θ = n �, n = 1, 2, 3…<br />

CORRIENT<br />

X = L SEN �<br />

VIENTO<br />

ONDAS CORTAS<br />

SOBRE UNA<br />

ONDA LARGA<br />

SUPERFICIE<br />

(Source: NASA)


Interacción <strong>océano</strong> - <strong>SAR</strong> (continuación)<br />

• Otra influencia sobre la retro-reflexión difusa de las<br />

microondas en el <strong>océano</strong> es el “Amontonamiento por el<br />

efecto de la velocidad”<br />

• un artificio <strong>del</strong> sistema <strong>SAR</strong> causado por la superficie <strong>del</strong> <strong>océano</strong> que<br />

se encuentra en movimiento<br />

• las olas de escala Bragg que se encuentran en movimiento a causa<br />

de la velocidad <strong>del</strong> agua asociada a otras olas o fenómenos de mayor<br />

escala, causan un cambio en la frecuencia Doppler, que produce una<br />

modificación en la localización (desplazamiento) de esos reflectores<br />

(olas Bragg) en la dirección <strong>del</strong> azimut en las imágenes<br />

• los desplazamientos pueden combinarse de manera no lineal y el<br />

efecto no podrá eliminarse<br />

• más común en las olas que se propagan en la dirección <strong>del</strong> azimut<br />

• Amontonamiento por el efecto de la velocidad no cambia el<br />

nivel medio de la retro-reflexión difusa; sólo presenta<br />

variaciones locales debido a los desplazamientos de<br />

ubicación<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá


Amontonamiento por el efecto de la velocidad<br />

u + ve u - ve<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá<br />

Velocidad<br />

orbital<br />

“Lineal”<br />

Fuente: Vachon P. W. , J. W. Campbell, y F.W. Dobson, 1999<br />

“No Lineal”


Características Oceánicas<br />

- Plataforma Continental de Nueva Escocia<br />

RADARSAT 1 Haz W1 Desc. 30 de marzo 1996<br />

Barco<br />

con Estela<br />

Grupos de<br />

ondas internas<br />

� 1996 Agencia espacial canandiense<br />

Áreas de Vientos Débiles<br />

Kilómetros<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá<br />

Frente Atmosférico<br />

Inestabilidad Convectiva<br />

Ondas internas


Aplicaciones <strong>del</strong> <strong>SAR</strong> en el Océano<br />

El <strong>SAR</strong> puede proporcionar información de forma operacional<br />

para:<br />

• Identificación de embarcaciones<br />

• Detección y seguimiento de derrames petroleros y de películas<br />

superficiales (contaminantes) naturales<br />

• Estimación de características <strong>del</strong> viento (intensidad y dirección)<br />

y <strong>del</strong> oleaje (espectro direccional)<br />

– mo<strong>del</strong>os de pronóstico (<strong>del</strong> estado <strong>del</strong> mar, de área limitada para la<br />

circulación atmosférica, de eventos extremos como huracanes)<br />

– búsqueda y rescate<br />

– limpieza de derrames de petróleo<br />

• Características de meso-escala en el <strong>océano</strong><br />

– mo<strong>del</strong>os de circulación<br />

– búsqueda y rescate<br />

– gestión de recursos pesqueros<br />

– limpieza de derrames de petróleo<br />

• Detección de fenómenos atmosféricos en la capa límite marina<br />

• Cartografía de características y procesos en las zonas costeras<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá


Detección de embarcaciones<br />

• Consiste en la identificación de reflectores (objetivos)<br />

puntuales ante el fondo o ruido ambiental de la imagen<br />

de radar<br />

• las embarcaciones se observan como reflectores puntuales<br />

brillantes, en un fondo o nivel de ruido que representa el<br />

<strong>océano</strong><br />

• Dicha detección depende de:<br />

• las condiciones <strong>del</strong> estado <strong>del</strong> mar<br />

• el ángulo de incidencia<br />

• tamaño de la embarcación, orientación, velocidad, etc.<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá


Detección de embarcaciones<br />

(continuación)<br />

• Condiciones <strong>del</strong> estado <strong>del</strong> mar<br />

• durante condiciones de oleaje alto<br />

– aumenta el nivel de ruido <strong>del</strong> <strong>océano</strong> y disminuye la posibilidad de detección<br />

• los radares en C-HH presentan una señal de ruido ambiental menor que los que<br />

operan en C-VV<br />

– para condiciones similares de vientos + olas + resolución<br />

� C-HH es mejor que C-VV<br />

• Ángulo de incidencia<br />

• el nivel de ruido ambiental <strong>del</strong> <strong>océano</strong> disminuye cuando aumenta el ángulo de<br />

incidencia<br />

• la detección mejora cuando aumenta el ángulo de incidencia<br />

• hay más contraste puesto que la proporción señal-a-ruido (embarcación-a-ruido) es<br />

mayor<br />

• Longitud, velocidad y orientación de la embarcación<br />

• son parámetros que afectan la señal característica de la embarcación en el radar<br />

• las embarcaciones pesqueras son difíciles de identificar debido a su tamaño<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá


RADARSAT y la detección de embarcaciones<br />

Embarcacón<br />

Embarcación<br />

Guardacostas (83 m)<br />

Estándar 3<br />

Océano<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá<br />

FOM (m)<br />

Factor de Calidad de la Detección de la Nave (FOM)<br />

SCN cercano<br />

Rapidez Wind <strong>del</strong> speed viento = 10 10 m/s<br />

SCN lejano<br />

Ángulo de incidencia (grados)<br />

Comparación relativa de los modos de haz de RADARSAT para la<br />

detección de embarcaciones en función <strong>del</strong> ángulo de incidencia.<br />

Fuente: Vachon P. W. , J.W. Campbell, C. Bjerkelund, F.W. Dobson, M.T. Rey, 1997


Plataforma Continental Nueva Escocia<br />

Embarcaciones Detectadas con el sistema Ocean Monitoring Workstation<br />

RADARSAT-1 Modo do Haz: S5 26-03-96<br />

Dirección de Viento<br />

o<br />

escala<br />

Rapidez <strong>del</strong> Viento<br />

7.43m/s<br />

Ondas<br />

gravitatorias<br />

atmosféricas<br />

Buque de Armada<br />

Desconocido<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá<br />

NGCC<br />

Sir William Alexander (84 m)<br />

y boya<br />

Ondas<br />

gravitatorias<br />

atmosféricas<br />

Nave Desconocida<br />

� 1996 Agencia Espacial Canadiense<br />

Chunchuzov I., P.W. Vachon, X. Li, 2000<br />

http://www.ccrs.nrcan.gc.ca/ccrs/tekrd/rd/apps/iceocn/rsatship/shipe.html


Detección de embarcaciones por RADARSAT<br />

Experimento en el <strong>océano</strong> cerca de la costa de Halifax<br />

Estándar 3 20 de marzo 1996<br />

Rapidez <strong>del</strong> viento: 11.2 m/s desde 92 grados<br />

Altura de Olas: 1.9 m<br />

� 1996 Agencia Espacial Canadiense<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá<br />

Parizeau<br />

Nave de la Guardia<br />

Costera Canadiense<br />

65 metros<br />

1360 toneladas<br />

Perfil de la Nave Parizeau


Imagen RADARSAT<br />

Estándar 5 Adquirida: 7 de octubre 1996<br />

Subimagen de RADARSAT<br />

Estudio de Caso<br />

Estación de Monitoreo Oceánico (OMW)<br />

Barco Pesquero<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá<br />

Latitud (grados)<br />

Latitud (grados)<br />

Producto de Colocación<br />

M008671, 07 OCT 1996 02:13:08.41000<br />

Clave<br />

Longitud (grados)<br />

Acercamiento <strong>del</strong> Producto de Colocación<br />

M008671, 07 OCT 1996 02:13:08.41000<br />

Longitud (grados)<br />

Vachon, Thomas, Cranton, E<strong>del</strong>, Henschel, 2000<br />

Clave<br />

� 1996 Agencia Espacial Canadiense


Detección de embarcaciones (continuación)<br />

Modo de<br />

operación <strong>del</strong><br />

Haz<br />

Estadísticas de validación<br />

<strong>Imágenes</strong> Validaciones<br />

Positivas<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá<br />

Negativas<br />

Proporción<br />

de Detección<br />

General 27 174 34 84%<br />

Menos Favorable<br />

(S1-3, W1, W2)<br />

Scan<strong>SAR</strong> Angosto<br />

Lejano<br />

Recomendado<br />

(F1-5, S4-7, W3)<br />

13 95 28 77%<br />

2 17 4 81%<br />

12 62 2 97%<br />

Resumen de estadísticas <strong>del</strong> estudio sobre la validación de la detección de<br />

embarcaciones – Estación de Monitoreo Oceánico (OMW).<br />

Fuente: Vachon, P.W., S.J. Thomas, C.J. Cranton, H.R. E<strong>del</strong>, y M.D. Henschel, "Validation of ship detection<br />

by the RADARSAT Synthetic Aperture Radar and the Ocean Monitoring Workstation", Canadian Journal of<br />

Remote Sensing, Vol. 26, No. 3, 2000, pp. 200-212.


Detección de embarcaciones (continuación)<br />

• Embarcación más pequeña que ha sido detectada (y validada)<br />

• Una de 20 metros, detectada en las imágenes RADARSAT Estándar 7<br />

(rapidez <strong>del</strong> viento = 4 m/s)<br />

• Es posible utilizar técnicas de detección manual y automática<br />

• Modos recomendables para el funcionamiento de RADARSAT:<br />

• W2, W3<br />

• S4-S7<br />

• F1-F4<br />

• EH1-EH6<br />

• También es posible detectar la estela de una embarcación con<br />

el <strong>SAR</strong> (radar de apertura sintética), dependiendo de<br />

• tamaño y velocidad <strong>del</strong> barco<br />

• condiciones <strong>del</strong> viento<br />

• ánguo de incidencia<br />

• otros factores<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá


Detección de derrames de petróleo y<br />

de películas superficiales naturales<br />

• Las películas superficiales de material activo<br />

(surfactantes) causan la supresión localizada de las<br />

ondas de escala Bragg<br />

• El <strong>SAR</strong> puede identificar la ubicación de los derrames<br />

de petróleo y determinar un mapa de su extensión<br />

• no se puede determinar el espesor de los derrames<br />

• existe dificultad para distinguir entre petróleo y manchas<br />

ocasionadas por otro tipo de aceites o material activo, o por<br />

ejemplo asociadas a áreas en las cuales hay viento débil,<br />

hielo grasoso o surfactantes naturales<br />

• detección óptima en condiciones de viento moderado<br />

– 3m/s - 10m/s<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá


RADARSAT y<br />

la detección de derrames de petróleo<br />

• Desde su lanzamiento, el RADARSAT ha dado buenos<br />

resultados en el monitoreo de varios derrames de petróleo<br />

alrededor <strong>del</strong> mundo<br />

• La característica de sobrevolar por la misma región en un<br />

intervalo de tiempo corto (visita frecuente) es de gran valor<br />

para detectar el movimiento y la dispersión <strong>del</strong> derrame<br />

• Los modos recomendables para el funcionamiento de<br />

RADARSAT:<br />

• Scan<strong>SAR</strong> Angosto Cercano<br />

• S1-S4<br />

• W1<br />

• La detección y cartografía automática de los derrames de<br />

petróleo en las imágenes de <strong>SAR</strong> son muy prometedoras<br />

• la confusión en la naturaleza <strong>del</strong> contaminante es todavía una<br />

dificultad en la mayoría de los algoritmos; por lo tanto, identificación<br />

se refiere a "candidatos" a derrame de petróleo<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá


DERRAME DE PETRÓLEO DE LA EMBARCACIÓN<br />

SEA EMPRESS - MILFORD HAVEN, GALES<br />

RADARSAT-1 22 de febrero 1996<br />

Modo de Haz S1 (� = 20° - 27°) C-HH Resolución: 26 m (Alcance) x 27 m (Az)<br />

Barrido Completo<br />

Distancia entre Pixeles: 78 m<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá<br />

� Agencia Espacial Canadiense , 1996<br />

Imagen cortesía de RSI<br />

http://www.ccrs.nrcan.gc.ca/ccrs/eduref/tutorial/indexe.html Section 5.9.3<br />

���� paso descendente


OPERACION DE SALVAMENTO DEL IRVING WHALE<br />

RADARSAT-1 31 de julio 1996<br />

Modo de Haz W2 (� = 31° - 39°) C-HH Resolución: 26.6 m (Alcance) x 27 m (Az)<br />

Escena Completa<br />

Distancia entre Pixeles: 113 m<br />

Petróleo<br />

Naves de Salvamento<br />

Isla<br />

Príncipe<br />

Eduardo<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá<br />

� 1996 Agencia Espacial Canadiense<br />

Fuente: Werle, Dirk, B. Tittley, E. Theriault, y B. Whitehouse, 1997<br />

http://www.ccrs.nrcan.gc.ca/ccrs/tekrd/rd/apps/iceocn/irving/irvinge.html


Estimación de características <strong>del</strong><br />

viento y <strong>del</strong> oleaje<br />

• La estimación de características <strong>del</strong> viento y <strong>del</strong><br />

oleaje apoya el pronóstico de la deriva local<br />

• útil en las operaciones de búsqueda y rescate<br />

• detección y seguimiento de derrames de petróleo<br />

• Como datos de entrada (condiciones iniciales y de<br />

frontera) en mo<strong>del</strong>os de circulación atmosférica y<br />

oceánica<br />

• pronóstico <strong>del</strong> estado <strong>del</strong> tiempo y <strong>del</strong> estado <strong>del</strong> mar<br />

• planificación y gestión de recursos pesqueros<br />

• Preferible usar ángulos de incidencia pequeños<br />

• S1-S3<br />

• W1<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá


Estimación <strong>del</strong> viento sobre la<br />

superficie <strong>del</strong> mar con RADARSAT<br />

• Estimación de vectores de viento en base a un mo<strong>del</strong>o<br />

semi-empírico<br />

• ej. mo<strong>del</strong>o híbrido para polarización HH, modificado <strong>del</strong><br />

mo<strong>del</strong>o CMOD_IFR2 (C-VV)<br />

• predice la retro-reflexión de las microondas en el <strong>océano</strong> (�°)<br />

en función de:<br />

– la intensidad <strong>del</strong> viento<br />

– la dirección <strong>del</strong> viento con respecto a la dirección de observación<br />

– el ángulo de incidencia de <strong>SAR</strong><br />

• Procedimiento<br />

• medir la retro-reflexión (�°) de la imagen <strong>SAR</strong><br />

• invertir el mo<strong>del</strong>o para extraer la rapidez <strong>del</strong> viento<br />

• requiere datos con calibración radiométrica<br />

• se debe conocer la dirección <strong>del</strong> viento<br />

– puede ser estimada de la imagen <strong>SAR</strong> o de mo<strong>del</strong>os<br />

atmosféricos<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá


Estimación <strong>del</strong> viento sobre la superficie<br />

<strong>del</strong> mar con RADARSAT (continuación)<br />

• Dirección <strong>del</strong> viento<br />

• a partir de una imagen <strong>SAR</strong><br />

– es posible detectar la dirección <strong>del</strong> viento en aproximadamente<br />

el 50% de las imágenes<br />

– en base a la característica espectral de la señal en la imagen,<br />

asociada a vórtices alineados en la capa límite atmosférica<br />

(tema aún bajo investigación)<br />

– ventaja: sensible a la dirección local <strong>del</strong> viento, estimación con<br />

mayor exactitud local<br />

• a partir de mo<strong>del</strong>os atmosféricos<br />

– ventaja<br />

• normalmente, resultados disponibles varias veces al día<br />

– desventajas<br />

• resolución espacial en el dominio <strong>del</strong> mo<strong>del</strong>o no es muy fina, no es sensible<br />

a las variaciones locales (ej. zonas costeras)<br />

• resultados de un mo<strong>del</strong>o atmosférico vs: observación directa<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá


Velocidad de Viento y Altura de Olas<br />

Experimento en el Océano cerca de la Costa de Halifax<br />

Estándar 3 20 de marzo 1996<br />

Velocidad de Viento: 11.2 m/s desde 92 grados<br />

Altura de Olas: 1.9 m<br />

� 1996 Agencia Espacial Canadiense<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá<br />

Parizeau<br />

Nave de la Guardia<br />

Costera Canadiense<br />

65 metros<br />

1360 toneladas<br />

Perfil de la Nave Parizeau


Estación de<br />

Monitoreo Oceánico<br />

(OMW)<br />

Viento OMW<br />

www.meds-sdmm.dfo-mpo.gc.ca/<br />

meds/Databases/Satellite/omw/<br />

Products_e.htm<br />

Manore, M.J., P.W. Vachon, C. Bjerkelund,<br />

H.R. E<strong>del</strong> and B. Ramsey, 1998<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá<br />

Latitude<br />

45°05’<br />

44°55’<br />

44°45’<br />

44°35’<br />

44°25’<br />

44°15’<br />

44°05’<br />

43°55’<br />

43°45’<br />

43°35’<br />

43°25’<br />

Satlantic<br />

I1<br />

E1<br />

x A1<br />

Viento OMW<br />

J1<br />

F1<br />

x B1<br />

Servicis de Datos <strong>del</strong> Medio Ambiente Marino,<br />

Departamento de Pesquerías y los Océanos<br />

Satélite: RSAT-1<br />

Tipo de Imagen: SGF<br />

Modo: Haz única<br />

Haz: S3<br />

Fecha: 10:23:33 20-03-1996<br />

Nombre de Archivo dt22364-01<br />

-64°30’ -64°15’ -64°00’ -63°45’ -63°30’ -63°15’ -63°00’ -62°45’ -62°30’ -62°15’ -62°00’<br />

K1<br />

G1<br />

C1<br />

Longitud<br />

L1<br />

H1<br />

D1<br />

Elaboración: 15:55:56 04-01-1999<br />

Contacto: services@ottmed.meds.dfo.ca


Estimación de características <strong>del</strong> oleaje<br />

• De las imágenes <strong>SAR</strong> se puede obtener información<br />

parcial sobre el espectro direccional <strong>del</strong> oleaje<br />

(descripción de la distribución de energía de las olas en<br />

términos de sus componentes, con dirección y frecuencia<br />

o longitud de onda determinadas)<br />

• Se emplean mo<strong>del</strong>os <strong>del</strong> espectro direccional <strong>del</strong> oleaje<br />

para estimar un espectro más completo<br />

• Los resultados que se obtienen pueden ser asimilados a<br />

los mo<strong>del</strong>os numéricos de pronóstico de olas<br />

• Punto inicial: el espectro de potencia se obtiene a partir<br />

de la imagen <strong>SAR</strong> mediante una Transformada Rápida<br />

de Fourier (FFT)<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá


Estimación de características <strong>del</strong> oleaje<br />

(continuación)<br />

• La detección de las olas que se propagan en la<br />

dirección <strong>del</strong> alcance está limitada por la resolución<br />

• ej. longitud de la ola más corta que puede ser detectada por el<br />

RADARSAT<br />

� 20m (modo Fino)<br />

� 50m (modo Estándar)<br />

• Los espectros de la imagen presentan información<br />

redundante por causa de la aplicación de la FFT a una<br />

superficie, se induce así una ambigüedad de 180° en<br />

la dirección de las olas<br />

• se resuelve mediante una técnica que utiliza dos o más<br />

observaciones de la misma escena (observación múltiple)<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá


� = 100 m<br />

� = 200 m<br />

Espectro <strong>del</strong> oleaje (de sensor in-situ)<br />

comparado con el espectro de la<br />

imagen <strong>SAR</strong><br />

Espectro <strong>del</strong> oleaje (Boya) Espectro de la imagen <strong>SAR</strong><br />

AZIMUT<br />

Fuente: Vachon, P.W., H.E. Krogstad y J.S. Paterson (1994)<br />

ALCANCE<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá<br />

Corte de<br />

Azimut<br />

Ambigüedad<br />

direccional


Estimación de características <strong>del</strong> oleaje<br />

(continuación)<br />

Limitaciones en la determinación <strong>del</strong> oleaje a partir de <strong>SAR</strong>:<br />

• el deterioro de información asociado al desplazamiento en la dirección<br />

<strong>del</strong> azimut reduce la resolución espacial efectiva en esa dirección<br />

– se debe al amontonamiento de los reflectores por causa de las<br />

velocidades superficiales y a la duración de la apertura sintética<br />

• el desvanecimiento en el azimut impone un límite inferior en la<br />

longitud detectable de las olas que viajan en la dirección <strong>del</strong> azimut<br />

– descrito como límite a las componentes en la dirección <strong>del</strong> azimut<br />

– es función de la distancia (R) entre el sensor y la superficie <strong>del</strong> mar<br />

iluminada y de la velocidad de plataforma (V)<br />

- ej. para RADARSAT (R/V > 115 s) límite comp. azimut � 200m<br />

- ej. para <strong>SAR</strong> de avión (R/V ~ 30 s) límite comp. azimut � 50m<br />

• el mar de leva se puede detectar más fácilmente en las imágenes; el<br />

oleaje generado localmente (relativamente corto) puede ser<br />

distorsionado<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá


Estimación de características <strong>del</strong> oleaje<br />

(continuación)<br />

• Los espectros de imágenes <strong>SAR</strong> pueden ser invertidos<br />

con algo de información proporcionada por mo<strong>del</strong>os<br />

numéricos de predicción <strong>del</strong> espectro direccional <strong>del</strong><br />

oleaje<br />

• los mejores espectros de <strong>SAR</strong> son los asociados al mar de leva,<br />

ondas relativamente largas (ej. � > 200m)<br />

• los espectros resultantes de los mo<strong>del</strong>os representan mejor al<br />

oleaje generado localmente, ondas relativamente cortas (ej. � <<br />

200m), no presentan ambigüedad direccional<br />

• se usa un esquea iterativo para invertir los espectros <strong>SAR</strong><br />

– espectro resultante de un mo<strong>del</strong>o numérico como primera<br />

aproximación<br />

– combinar el espectro de la imagen y ese de la simulación numérica,<br />

mediante un mo<strong>del</strong>o <strong>SAR</strong> y un esquema de ponderación<br />

– se elimina la ambigüedad direccional de 180°<br />

– Hasselmann y Hasselmann, 1991<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá


Estimación <strong>del</strong> espectro direccional <strong>del</strong> oleaje<br />

100m<br />

200m<br />

Espectro<br />

(a partir de boya)<br />

primer cálculo<br />

de mo<strong>del</strong>o<br />

Espectro de<br />

la imagen ERS<br />

Observe como los datos de ERS-1 modifican la señal asociada al mar de leva en el espectro invertido.<br />

La dirección <strong>del</strong> azimut va de izquierda a derecha y los circulos representan longitudes de onda de<br />

200 metros (interior) y de 100 metros (exterior).<br />

Vachon, P.W., H.E. Krogstad y J.S. Paterson (1994)<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá<br />

Espectro ERS a partir<br />

<strong>del</strong> mapeo directo<br />

mo<strong>del</strong>o + espectro<br />

invertido de ERS


Determinación de características de mesoescala<br />

en el <strong>océano</strong>, mediante RADARSAT<br />

• La modulación de la rugosidad de la superficie <strong>del</strong> <strong>océano</strong><br />

puede permitir la detección indirecta de características de<br />

meso-escala <strong>del</strong> <strong>océano</strong> en las imágenes <strong>SAR</strong><br />

• ej. frentes, remolinos, corrientes con gradientes laterales (corte horizontal)<br />

y patrones de ondas internas<br />

• la modulación de la rugosidad de la superficie puede ser causada por:<br />

– el esfuerzo <strong>del</strong> viento en la superficie<br />

– interacciones entre olas y procesos de convergencia<br />

• Aplicaciones<br />

• simulación de la circulación mediante mo<strong>del</strong>os<br />

• detección de áreas de surgencia, apoyo a pesquerías<br />

• simulación y pronóstico meteorológico<br />

• búsqueda y rescate<br />

• limpieza de derrames de petróleo<br />

• estudios de erosión/depositación costera<br />

• Los modos con ángulos de incidencia grandes son los<br />

recomendables<br />

• S1-S2, W1, Scan<strong>SAR</strong> Angosto Cercano<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá


Océano Atlántico <strong>del</strong> Sur - Argentina<br />

5 de septiembre 1998, SCW<br />

RADARSAT-1<br />

Distancia entre Pixeles = 58.4 m<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá<br />

� 1997 Agencia Espacial Canadiense<br />

Paso Descendente, Mirando a la Derecha<br />

Fuente: Gagliardini, D.A.,<br />

J. Bava, J.A. Milovich, y<br />

L.A. Frulla, 1999


Determinación de procesos<br />

atmosféricos mediante <strong>SAR</strong><br />

• Estabilidad atmosférica<br />

• en una atmósfera inestable:<br />

� incremento en la turbulencia atmosférica<br />

� �incremento en la fricción entre el <strong>océano</strong> y la atmósfera<br />

� �incremento en la densidad de las olas cortas<br />

� incremento en la retro-reflexión difusa de las microondas<br />

• Las fronteras entre las condiciones atmosféricas<br />

estables (retro-reflexión débil) e inestables (retroreflexión<br />

intensa) se representan como diferencias<br />

sobresalientes en la brillantez de las imágenes<br />

RADARSAT <strong>del</strong> <strong>océano</strong><br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá


Determinación de procesos atmosféricos<br />

mediante <strong>SAR</strong> (continuación)<br />

• Presencia y actividad de tormentas localizadas<br />

• las tormentas localizadas (células) aparecen en las imágenes<br />

<strong>SAR</strong> como áreas obscuras, concéntricas y aisladas<br />

• por el efecto de atenuación de las olas ocasionada por la lluvia<br />

intensa y por los flujos turbulentos descendentes<br />

• el área circundante presenta tonos más brillantes asociados a<br />

vientos intensos<br />

• Detección de ductos (vórtices horizontalmente<br />

alineados) en la capa límite<br />

• las parcelas de aire que descienden ante condiciones<br />

atmosféricas inestables crean un patrón <strong>del</strong> tipo de ondas, que<br />

se puede detectar en las imágenes <strong>SAR</strong> <strong>del</strong> <strong>océano</strong><br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá


paso ascemdente<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá<br />

MAR DE LABRADOR<br />

RADARSAT-1 Scan<strong>SAR</strong> Ancho C-HH<br />

30 de enero 1997 21:31 UTC<br />

Imagen AVHRR cortesía de la Universidad de Toronto,<br />

Departamento de Ciencias Físicas<br />

30 de enero 1997 21:03 UTC<br />

� 1997 Agencia Espacial Canadiense<br />

Chunchuzov I. , P.W. Vachon, y B. Ramsay, 2000


Cartografía de zonas costeras con el <strong>SAR</strong><br />

• Las zonas costeras son regiones muy dinámicas que<br />

tienen una combinación de diversidad en el uso de la<br />

tierra y la actividad marina<br />

• Existen varias opciones para visualizar estas regiones;<br />

dichas opciones son útiles para la cartografía de las<br />

características y de los procesos de zonas costeras,<br />

en una amplia gama de escalas espaciales y<br />

temporales<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá


Cartografía de zonas costeras con el <strong>SAR</strong><br />

(continuación)<br />

• Actividades humanas<br />

• agricultura costera (ej. arroz)<br />

• pesca (mar abierto y piscicultura)<br />

• planificación para el uso de las tierras (ej. monitoreo de la expansión<br />

urbana, identificación de playas para propósitos turísticos)<br />

• evaluación de impacto ambiental<br />

• Procesos naturales<br />

• áreas de erosión o depositación (ej. cambios en la línea de costa)<br />

• batimetría en aguas poco profundas (ej. cartografía de arrecifes de coral)<br />

• vegetación inter-mareas (ej. manglar)<br />

• cartografía de sensibilidad de zonas costeras (ej. identificación de<br />

regiones de riesgo para la planificación de respuestas a derrames de<br />

petróleo)<br />

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COCLE<br />

HERRERA<br />

Río Estero Slado<br />

GOLFO DE<br />

PARITA<br />

Río Santa María<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá<br />

Cultivo de camarón<br />

marino Aguadulce,<br />

Panama<br />

Los estanques llenos se<br />

distinguen como<br />

obsuros. Les estanques<br />

secos, como brillantes.<br />

Las estructuras que<br />

separan los estanques<br />

son también visibles.<br />

RADARSAT-1 S6 Pase ascendente<br />

Maio 1, 1997<br />

Resolución: 12.5 m x 12.5 m<br />

Sub-imagem<br />

Globe<strong>SAR</strong>-2 projecto PAN12<br />

B. Cornelio Lara<br />

Ministerio de desarrollo agropecuario, DINAAC


Solicitud de datos RADARSAT de<br />

las zonas costeras<br />

• Si el enfoque es la zona entre mareas, la amplitud y el<br />

horario de la marea deben ser considerados cuando se<br />

solicitan los datos<br />

• Las regiones en donde la costa está orientada a lo largo de<br />

la trayectoria <strong>del</strong> satélite (aprox. Norte-Sur) son<br />

susceptibles a los efectos <strong>del</strong> control automático de la<br />

ganancia (AGC)<br />

• Cuando se trata de una decisión entre las órbitas ascendientes o<br />

descendientes, mantener la región de interés en la zona cercana de<br />

la dirección <strong>del</strong> alcance o usar un valor fijo de AGC<br />

• Los ángulos de incidencia más grandes (S6-S7, W3, F1-<br />

F5), proporcionan la mejor separación entre la tierra y el<br />

agua, y más información sobre las características de la<br />

superficie – sin embargo, proporcionan muy pocos detalles<br />

sobre el agua<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá


Modos recomendables de operación<br />

<strong>del</strong> haz para el RADARSAT<br />

Aplicación<br />

Detección de manchas<br />

de petróleo<br />

Detección de barcos<br />

Características<br />

oceánicas<br />

Características<br />

atmosféricas<br />

Olas en el <strong>océano</strong><br />

Vigilancia<br />

(se desconoce la localización de la<br />

característica de interés)<br />

SCNcercano, SCW<br />

SCNlejano, SCW<br />

SCNcercano, (SCW)<br />

SCNcercano, W1, SCW<br />

S1, W1, SCNcercano,<br />

(SCW)<br />

SCW entre paréntesis indica que solo una porción <strong>del</strong> área iluminada ser útil.<br />

http://www.ccrs.nrcan.gc.ca/ccrs/tekrd/rd/apps/iceocn/beam/beame.html<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá<br />

Seguimiento<br />

(se conoce aproximadamente la<br />

localización de la característica de<br />

interés)<br />

S1-4, W1-2<br />

W3, S4-7, F1-5, EH1-6<br />

S1-4, W1-2


Sensores complementarios para la<br />

observación <strong>del</strong> <strong>océano</strong><br />

• Color <strong>del</strong> <strong>océano</strong><br />

• MOS-IRS (1996), SeaWiFS (1997), MODIS (1999)<br />

• Clorofila, corrientes, frentes, remolinos, concentraciones de hielo,<br />

elevación, temperatura superficial (SST)<br />

• Dispersómetros<br />

• ERS-2 (1995), NSCAT (1996), QuickScat (1999)<br />

• rapidez y dirección <strong>del</strong> viento, límites de la capa de hielo<br />

• Altímetros<br />

• TOPEX/POSEIDON (1992), ERS-2 ( 1995), continuación de<br />

GEOSAT (1998)<br />

• velocidad de las corrientes, altura de olas, velocidad <strong>del</strong> viento<br />

• <strong>SAR</strong>s<br />

• ERS-2 (1995), JERS-1 (1992)<br />

• tipo de hielo + concentración + deriva, derrames de petróleo,<br />

características oceánicas, ubicación de embarcaciones, rapidez y<br />

dirección <strong>del</strong> viento, espectro direccional <strong>del</strong> oleaje<br />

Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá

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