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Título: Avaliação dos espectros de onda obtidos por radar de abertura sintética (SAR) para os litorais de Florianópolis/SC e Rio Grande/RS
Orientador(es): Lorenzzetti, João Antônio
Autor(es): Poças, Jansen Santos
Palavras-chave: K - HIDROGRAFIA E NAVEGAÇÃO
K9 - SENSORIAMENTO REMOTO
Radar de Abertura Sintética (SAR)
Ondas
Modelo de Ondas
Boia
Data do documento: 7-Jul-2011
Editor: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
Descrição: Radares de abertura sintética (SAR) a bordo de satélites constituem uma importante ferramenta para o monitoramento do campo de ondas na superfície do oceano. Entretanto, a geração do espectro bidimensional dessas feições oceânicas pelo SAR possui limitações associadas ao mecanismo de imageamento e ao movimento orbital das partículas d’água, que introduz alterações no efeito Doppler. A fim de avaliar quão severas são essas restrições para as regiões ao largo da costa da Ilha de Santa Catarina, SC e de Rio Grande, RS, este estudo realizou comparações dos espectros direcionais de onda, derivados de imagens do radar de abertura sintética presente no satélite ENVISAT, com dados provenientes do modelo de previsão de ondas WAVEWATCH III (WW3) e de ondógrafos, nos anos de 2002 a 2004. Os dados foram agrupados, também, de acordo com a direção de vôo do satélite em relação à direção de propagação das ondas, com a intensidade do vento, com parâmetros que caracterizam a não linearidade do imageamento e com o estágio de desenvolvimento da onda conhecido como idade da onda (“wave age”). Informações de altura significativa de onda Hs, período de pico Tp e direção de propagação do pico mais energético Dp foram usados nas comparações entre os sistemas/modelo e as diferenças foram quantificadas por meio dos parâmetros estatísticos. De um modo geral, o SAR subestimou Hs e obteve melhor correlação quando comparado com as informações oriundas do modelo WW3. Tp foi superestimado pelo SAR e houve boa concordância na estimativa de Dp. Ficaram bem evidenciados os melhores resultados quando as ondas se deslocam perpendicularmente à direção de vôo do satélite. Quanto à influência da não linearidade do imageamento, o erro médio quadrático (EMQ) nas datas em que o imageamento das ondas foi considerado linear reduziu-se, quando comparado com as classificadas como não linear. Com relação às diferenças em função da intensidade do vento, os melhores resultados para Tp e Dp ocorreram para ventos com velocidades abaixo de 5 metros por segundo (m/s). Para Hs , a menor diferença entre SAR e o modelo WW3 aconteceu com ventos de intensidade maior do que 10 m/s; com relação às boias, a melhor concordância foi para ventos entre 5 e 10 m/s. A baixa ocorrência de ventos acima de 10 m/s, correspondendo a apenas 14% do total de datas disponíveis, prejudicou uma melhor avaliação do desempenho do SAR nestas condições. O mesmo ocorreu na análise para os tipos de onda classificadas pelo parâmetro idade da onda, com apenas 4 datas consideradas como vagas “velhas” que, ao contrário do esperado, obtiveram menores valores de EMQ quando comparadas com ondas do tipo marulhos. Mesmo com a disponibilidade de poucos pontos para algumas avaliações, além da limitação inerente sob determinadas condições de imageamento, o SAR mostrou-se uma boa ferramenta para o monitoramento de ondas de superfície, sobretudo para sistemas como os marulhos.
Abstract: Synthetic Aperture Radars on board satellites are an important tool for the monitoring of ocean surface wave fields. However, the generation of the satellite two-dimensional wave spectrum presents limitations associated to the sensor imaging mechanism and the wave orbital motion, that introduces changes to the Doppler effect. Comparisons of directional wave spectra from ENVISAT radar images, against wave model WAVEWATCH III data and buoy measurements, for the period 2002 - 2004 and for the littoral zones of Florianopolis, SC and Rio Grande, RS, were done to evaluate how severe are such restrictions. Data were grouped according to the direction of imaging relative to the wave propagation direction, wind strength, parameters that characterize the imaging nonlinearity and the wave age parameter. Significant wave height Hs, peak period Tp and peak direction Dp were used for such comparisons and the differences were quantified by statistical parameters. In general, SAR underestimated Hs and better correlation was obtained when compared to WW3 model. Tp was overestimated by SAR and there was good agreement in estimating Dp. The results showed better agreement when waves propagated closer to the radar range direction. In general, low nonlinearity was associated with low root mean square error (RMSE) values and vice-versa. Taking into account the influence of wind speed, better results for Tp and Dp comparisons occurred when wind speed was less 5 meters per second (m/s). To Hs , the smallest differences between SAR and model WW3 occurred for winds greater than 10 m/s; for buoy comparisons, best agreement occurred for wind speeds 5 to 10 m/s. The low occurrence of winds above 10 m/s, corresponding to only 14% of available dates, puts some limitation to the evaluation of SAR performance for this wind regime. The same occurred for the wave age analysis; only 4 dates considered "old" wind sea that obtained lower RMSE compared with swell, contrary to expected results. Even with the availability of a few points for some analysis, beyond the inherent limitations in certain imaging conditions, the SAR has proved to be a good tool for monitoring surface waves, especially for swell systems.
URI: http://repositorio.mar.mil.br/handle/ripcmb/844609
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