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Aplicações de dados SAR
no monitoramento dos oceanos
Prof. João A. Lorenzzetti
BANDAS RADAR
K 1 cm
X 3 cm
C 5.6 cm
S 10 cm
L 23 cm
P 75 cm
ypermitivitelectricc
radar wavelength
f=30GHz
f=10GHz
f=5.4GHz
f=3GHz
f=1.3GHz
f=0.4GHz
A equação radar
Pr = potência recebida;
Pt = potência transmitida;
G = ganho da antena;
λ = comprimento de onda radar;
σo = seção reta de retro-espalhamento radar normalizada
A = área do alvo (área iluminada pelo feixe radar)
R = distância do alvo em relação ao radar
A Seção Reta de Retroespalhamento Radar no Oceano
Os valores de σ0 do oceano podem ter suas origens em dois casos bastantes distintos. Primeiramente, temos o caso em que σ0 é
proveniente da superfície do oceano; em outros casos, o valor de σ0
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.
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.
Sabe-se que as inclinações das superfícies refletoras presentes na superfície do mar dificilmente ultrapassam 15º. Assim, com ângulos de incidência entre 0 e 15º, σ0 diminui com o aumento do vento.
Para ângulos de incidência entre 20 e 60º 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 (λr) e das ondas de superfície (λB) 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.
,...2,1;2
nnsen rB
A Seção Reta de Retroespalhamento Radar no Oceano
Sigma-zero em função do ângulo de incidência e intensidade do vento
Sigma-zero em função do ângulo azimutal e intensidade do vento
Efeitos de “tilt” e “modulação hidrodinâmica” sobre sigma
3/1min HV
R
Menor
comprimento de
onda detectável
pelo SAR
Velocity bunching modulation
Radarsat-1 Banda C
Pol. HH
Ondas propagando
na direção “range” e
mostrando refração
após interação com
ilha
Ondas propagando em
direção a uma região de
ventos fracos
Refração de ondas na
entrada de uma baía
Refração de ondas num
pontal
Espectros de Ondas da figura anterior
)tanh(2 khgk Se h>>λ ω=(gk)1/2 e C=(g/k)1/2
Espectro Cruzado SAR
Redução do
ruído base
Parte imaginária (Signed)
Remoção de Ambiguidade
da direção de propagação
Parte real
Parte imaginária
Espectro SAR
Ruído base
(speckle)
O ESPECTRO CRUZADO para resolver a ambiguidade 180o
O ESPECTRO CRUZADO para resolver a ambiguidade 180o
Um exemplo
Imagem SAR
O ESPECTRO CRUZADO para resolver a ambiguidade 180o
Um exemplo
Especto de
energia SAR
O ESPECTRO CRUZADO para resolver a ambiguidade 180o
Um exemplo
Parte Real do
Espectro
Cruzado SAR
O ESPECTRO CRUZADO para resolver a ambiguidade 180o
Um exemplo
Parte Imag do
Espectro
Cruzado SAR
Ondas Internas
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).
Ondas Internas
Ondas Internas
ONDAS INTERNAS
Ilha de São
Sebastião
ONDAS INTERNAS
Costa Sudeste Brasileira. Fonte: Dias (2012)
Batimetria vista pelo SAR
Batimetria vista pelo SAR
Efeitos Atmosféricos sobre cenas SAR oceânicas
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.
Efeitos Atmosféricos sobre cenas SAR oceânicas
Imagem SAR afetada por células convectivas causadas por estratificação atmosférica instável
Efeitos Atmosféricos sobre cenas SAR oceânicas
Vórtices de rolos longitudinais atmosféricos
Efeitos Atmosféricos sobre cenas SAR oceânicas
Ondas atmosféricas de sotavento (lee waves)
VENTO
Efeitos Atmosféricos sobre cenas SAR oceânicas
Ondas atmosféricas de sotavento (lee waves)
Efeitos Atmosféricos sobre cenas SAR oceânicas
Efeitos Atmosféricos sobre cenas SAR oceânicas
Exsudação natural
de óleo no mar
Exsudação natural
de óleo no mar
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 offshoreAmazon river mouth example. Can. J. Rem. Sens., 31, 289-303.
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 offshoreAmazon river mouth example. Can. J. Rem. Sens., 31, 289-303.
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 offshoreAmazon river mouth example. Can. J. Rem. Sens., 31, 289-303.
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 offshoreAmazon river mouth example. Can. J. Rem. Sens., 31, 289-303.
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 offshoreAmazon river mouth example. Can. J. Rem. Sens., 31, 289-303.
Exsudação natural na Foz do Amazonas
Derrame de óleo no mar (Oil Spill)
Derrame de óleo no mar (Oil Spill)
Retroespalhamento/reflexão por objetos no mar
Retroespalhamento/reflexão por objetos no mar
Radarsat-1
Ventos costeiros
intensos
Radarsat-1
Ventos costeiros
intensos
