Imágenes SAR del océano y aplicaciones - GeoGratis
Imágenes SAR del océano y aplicaciones - GeoGratis
Imágenes SAR del océano y aplicaciones - GeoGratis
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
<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 />
Centro Canadiense de Percepción Remota, Ministerio de Recursos Naturales de Canadá
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