Aplicações de dados SAR no monitoramento dos oceanos. Prof. João A. Lorenzzetti

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1 Aplicações de dados SAR no monitoramento dos oceanos Prof. João A. Lorenzzetti

2 BANDAS RADAR K 1 cm X 3 cm f=30ghz f=10ghz C 5.6 cm S 10 cm L 23 cm P 75 cm f=5.4ghz f=3ghz f=1.3ghz f=0.4ghz c electric permitivity radar wavelength

3 A equação radar P r = potência recebida; P t = potência transmitida; G = ganho da antena; λ = comprimento de onda radar; σ o = seção reta de retro-espalhamento radar normalizada A = área do alvo (área iluminada pelo feixe radar) R = distância do alvo em relação ao radar

4 A Seção Reta de Retroespalhamento Radar no Oceano Os valores de σ 0 do oceano podem ter suas origens em dois casos bastantes distintos. Primeiramente, temos o caso em que σ 0 é proveniente da superfície do oceano; em outros casos, o valor de σ 0 provem de objetos, tais como navios, plataformas, ou mesmo icebergs etc. Para o caso do retro-espalhamento radar da superfície oceânica (sem o efeito de objetos), ele depende do vento e da distribuição de comprimentos de onda (λ) da superfície em relação ao comprimento de onda da radiação incidente. Se tivéssemos uma superfície oceânica totalmente lisa (sem vento algum), a reflexão da REM seria especular. Com a ação do vento, ondas capilares (da ordem de uns poucos centimetros) começam a aparecer, introduzindo um espalhamento incoerente.

5 A Seção Reta de Retroespalhamento Radar no Oceano Como vemos na figura abaixo, para incidência normal, ou quase normal, (Figs. a e b), com o aumento da rugosidade (aumento do vento), diminuímos a quantidade de energia refletida em direção ao radar. Com incidência oblíqua e para uma superfície lisa (Fig. c), teríamos um retorno nulo. Com o aumento da rugosidade (Fig. d), aumenta a componente de reflectância não coerente e parte da energia é retro-espalhada de volta ao radar.

6 A Seção Reta de Retroespalhamento Radar no Oceano Sabe-se que as inclinações das superfícies refletoras presentes na superfície do mar dificilmente ultrapassam 15 º. Assim, com ângulos de incidência entre 0 e 15 º, σ 0 diminui com o aumento do vento. Para ângulos de incidência entre 20 e 60 º o retro-espalhamento pelo oceano é causado por ressonância Bragg com ondas curtas (capilares ou capilar-gravidade curtas). Como mostrado abaixo, para ângulos de incidência θ, comprimentos de onda radar (λ r ) e das ondas de superfície (λ B ) específicos, os comprimentos adicionais que o pulso radar propaga até atingir as próximas cristas são múltiplos da metade do comprimento de onda radar. Como o comprimento total é o dobro desta distância adicional, as reflexões em cada face se somarão em fase, dando um forte retorno. r Bsen n ; n 1,2,... 2

7 Sigma-zero em função do ângulo de incidência e intensidade do vento

8 Sigma-zero em função do ângulo azimutal e intensidade do vento

9 Efeitos de tilt e modulação hidrodinâmica sobre sigma

10 Velocity bunching modulation R V min H 1/ 3 Menor comprimento de onda detectável pelo SAR

11 Radarsat-1 Banda C Pol. HH Ondas propagando na direção range e mostrando refração após interação com ilha

12 Ondas propagando em direção a uma região de ventos fracos

13 Refração de ondas na entrada de uma baía

14 Refração de ondas num pontal

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16 Espectros de Ondas da figura anterior 2 gk tanh( kh) Se h>>λ ω=(gk) 1/2 e C=(g/k) 1/2

17 O ESPECTRO CRUZADO para resolver a ambiguidade 180 o Espectro Cruzado SAR Espectro SAR Parte real Redução do ruído base Ruído base (speckle) Parte imaginária Parte imaginária (Signed) Remoção de Ambiguidade da direção de propagação

18 O ESPECTRO CRUZADO para resolver a ambiguidade 180 o Um exemplo Imagem SAR

19 O ESPECTRO CRUZADO para resolver a ambiguidade 180 o Um exemplo Especto de energia SAR

20 O ESPECTRO CRUZADO para resolver a ambiguidade 180 o Um exemplo Parte Real do Espectro Cruzado SAR

21 O ESPECTRO CRUZADO para resolver a ambiguidade 180 o Um exemplo Parte Imag do Espectro Cruzado SAR

22 Ondas Internas

23 Ondas Internas Assinaturas das ondas internas a) Imagem TerraSAR-X mostrando um exemplo típico de assinatura dupla. b) Imagem TerraSAR-X mostrando ondas internas de assinatura negativa típicas de zonas costeiras na presença de filmes. Fonte: Robinson e Da Silva (2010).

24 Ondas Internas

25 Ondas Internas

26 ONDAS INTERNAS Ilha de São Sebastião

27 ONDAS INTERNAS Costa Sudeste Brasileira. Fonte: Dias (2012)

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29 Batimetria vista pelo SAR

30 Batimetria vista pelo SAR

31 Efeitos Atmosféricos sobre cenas SAR oceânicas

32 Efeitos Atmosféricos sobre cenas SAR oceânicas

33 Efeitos Atmosféricos sobre cenas SAR oceânicas Onde o vento associado com as células convectivas próximo da superfície sopra na mesma direção que o vento básico ocorre um aumento do vento e consequente aumento no sigma zero; o oposto ocorre no outro lado da célula.

34 Efeitos Atmosféricos sobre cenas SAR oceânicas Imagem SAR afetada por células convectivas causadas por estratificação atmosférica instável

35 Efeitos Atmosféricos sobre cenas SAR oceânicas Vórtices de rolos longitudinais atmosféricos

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37 Efeitos Atmosféricos sobre cenas SAR oceânicas Ondas atmosféricas de sotavento (lee waves) VENTO

38 Efeitos Atmosféricos sobre cenas SAR oceânicas Ondas atmosféricas de sotavento (lee waves)

39 Efeitos Atmosféricos sobre cenas SAR oceânicas

40 Exsudação natural de óleo no mar

41 Exsudação natural de óleo no mar

42 Exsudação natural na Foz do Amazonas Almeida, R.A., F.P. Miranda, J.A. Lorenzzetti, E.C. Pedroso, C.H. Beisel, L. Landau, M.C. Baptista, E.G. Camargo, 2005: Radarsat-1 images in support of petroleum exploration: the offshore Amazon river mouth example. Can. J. Rem. Sens., 31,

43 Exsudação natural na Foz do Amazonas Almeida, R.A., F.P. Miranda, J.A. Lorenzzetti, E.C. Pedroso, C.H. Beisel, L. Landau, M.C. Baptista, E.G. Camargo, 2005: Radarsat-1 images in support of petroleum exploration: the offshore Amazon river mouth example. Can. J. Rem. Sens., 31,

44 Exsudação natural na Foz do Amazonas Almeida, R.A., F.P. Miranda, J.A. Lorenzzetti, E.C. Pedroso, C.H. Beisel, L. Landau, M.C. Baptista, E.G. Camargo, 2005: Radarsat-1 images in support of petroleum exploration: the offshore Amazon river mouth example. Can. J. Rem. Sens., 31,

45 Exsudação natural na Foz do Amazonas Almeida, R.A., F.P. Miranda, J.A. Lorenzzetti, E.C. Pedroso, C.H. Beisel, L. Landau, M.C. Baptista, E.G. Camargo, 2005: Radarsat-1 images in support of petroleum exploration: the offshore Amazon river mouth example. Can. J. Rem. Sens., 31,

46 Exsudação natural na Foz do Amazonas Almeida, R.A., F.P. Miranda, J.A. Lorenzzetti, E.C. Pedroso, C.H. Beisel, L. Landau, M.C. Baptista, E.G. Camargo, 2005: Radarsat-1 images in support of petroleum exploration: the offshore Amazon river mouth example. Can. J. Rem. Sens., 31,

47 Derrame de óleo no mar (Oil Spill)

48 Derrame de óleo no mar (Oil Spill)

49 Retroespalhamento/reflexão por objetos no mar

50 Retroespalhamento/reflexão por objetos no mar

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58 Radarsat-1 Ventos costeiros intensos

59 Radarsat-1 Ventos costeiros intensos