@MastersThesis{Ortiz:2018:EsSiMu,
author = "Ortiz, Gustavo Prouvot",
title = "Estudo de sistemas multimodais de ondas oce{\^a}nicas utilizando
polarimetria SAR",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2018",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2018-06-15",
keywords = "PolSAR, ondas oce{\^a}nicas, sistemas multimodais, ocean waves,
multimodal systems.",
abstract = "O estudo do comportamento das ondas oce{\^a}nicas {\'e} de
fundamental import{\^a}ncia {\`a}s aplica{\c{c}}{\~o}es em
engenharia e monitoramento ambiental. Desde o in{\'{\i}}cio da
opera{\c{c}}{\~a}o dos primeiros sensores SAR orbitais, foram
desenvolvidos algoritmos espec{\'{\i}}ficos para a estimativa do
espectro de ondas superficiais observadas no oceano. O
avan{\c{c}}o te{\'o}rico e tecnol{\'o}gico permitiu o
desenvolvimento de algoritmos cada vez mais complexos e utilizando
polarimetria SAR (PolSAR) para a estimativa das ondas, que elimina
a necessidade de modelos num{\'e}ricos como
inicializa{\c{c}}{\~a}o. Entretanto, at{\'e} o momento, os
m{\'e}todos de estudo de ondas oce{\^a}nicas com imagens SAR
n{\~a}o eram capazes de individualizar os par{\^a}metros
descritivos das ondas num sistema multimodal, ou seja, onde
h{\'a} diferentes sistemas de ondas atuando simultaneamente na
mesma {\'a}rea. Este estudo apresenta, ent{\~a}o, uma nova
metodologia capaz de estimar o comprimento de onda (\λ),
altura significativa (Hs) e dire{\c{c}}{\~a}o de
propaga{\c{c}}{\~a}o (\Φ) de cada sistema de onda
observado em imagem polarim{\'e}trica obtida pelo sat{\'e}lite
Radarsat-2. A metodologia proposta possui um algoritmo PolSAR como
base, cuja capacidade de extrair informa{\c{c}}{\~o}es de
sistemas multimodais foi agora desenvolvida atrav{\'e}s de uma
nova abordagem de processamento multiescala e
aplica{\c{c}}{\~a}o da teoria de MSS (mean square slope),
historicamente utilizada em sensores {\'o}pticos e radar
altim{\'e}trico. Para a imagem analisada no presente trabalho,
foram identificados quatro sistemas de ondas presentes na
Plataforma Continental Sudeste do Brasil: (#1) \λ = 55 m, Hs
= 1,15 m e \Φ = 266º; (#2) \λ = 111 m, Hs = 2,86 m e
\Φ = 254º; (#3) \λ = 255-285 m, Hs = 1,96 m e \Φ
= 149º; (#4) \λ = 321-359 m, Hs = 2,51 m e \Φ = 120º.
Al{\'e}m da extra{\c{c}}{\~a}o dos par{\^a}metros descritivos
individuais de cada sistema, foi poss{\'{\i}}vel
classific{\'a}-los como windsea (sistemas #1 e #2) ou swell
(sistemas #3 e #4). Os resultados foram comparados a dados de boia
meteo-oceanogr{\'a}fica, que separou os dois principais sistemas
de ondas registrados: (A) \λ = 100 m, Hs = 2,4 m e \Φ
= 193º; (B) \λ = 271 m, Hs = 1,9 m e \Φ = 153º.
Observou-se que os sistemas #3 e B apresentam praticamente os
mesmos par{\^a}metros descritivos, embora estimados por
m{\'e}todos completamente distintos. J{\'a} os sistemas #2 e A
apresentaram similaridade, por{\'e}m as diferen{\c{c}}as
observadas foram atribu{\'{\i}}das {\`a} variabilidade no vento
local ao longo da dist{\^a}ncia de 100 km entre a boia e a
{\'a}rea de imageamento SAR. A metodologia proposta {\'e}
inovadora por ser capaz de estudar sistemas multimodais de ondas.
Ap{\'o}s ser validada e refinada com mais imagens e boias
corretamente posicionadas, pode tornar-se operacional para
utiliza{\c{c}}{\~a}o em SAR polarim{\'e}trico de banda-C.
ABSTRACT: The assessment of ocean waves is fundamental to
engineering and environmental monitoring activities. Since the
first SAR orbital sensors, specific algorithms were developed to
estimate the surface ocean wave spectra. The technologic advance
allowed the development of algorithms even more complex that
resulted on the use of PolSAR to study the once waves, which
eliminates the need of wave models as first guess. Nevertheless,
until now, the methods to assess ocean waves using SAR imagery
were not capable to individualize the waves within a multimodal
system. This study presents, then, a new methodology to estimate
the wavelength (\λ), significant wave height (Hs) and
propagation direction (\Φ) of each individual wave system
observed on a PolSAR imagery obtained by Radarsat-2. The proposed
methodology is based on a PolSAR algorithm which was now enhanced
by a multiscale processing approach and the application of the MSS
(mean square slope) theory, traditionally used with data from
optical sensors and altimetry radar. Four different wave system
were detected by the proposed methodology on the analyzed image
over the Brazilian Southeastern Continental Margin: (#1) \λ
= 55 m, Hs = 1.15 m e \Φ = 266º; (#2) \λ = 111 m, Hs =
2.86 m e \Φ = 254º; (#3) \λ = 255-285 m, Hs = 1.96 m e
\Φ = 149º; (#4) \λ = 321-359 m, Hs = 2.51 m e \Φ
= 120º. Besides the extraction of individual descriptive
parameters for each wave system, the methodology allowed its
classification as windsea (systems #1 and #2) or swell (systems #3
and #4). The results were compared to data from a metocean buoy,
whose wave directional sensor processing scheme individualized the
two principal wave systems registered: (A) \λ = 100 m, Hs =
2.4 m e \Φ = 193º; (B) \λ = 271 m, Hs = 1.9 m e
\Φ = 153º. One may observe that wave systems #3 and B have
practically the same descriptive parameters, although being
estimated by completely different methods. The systems #2 and A,
however, showed similarity but the differences observed may be
related to local wind variability along the distance of 100 km
between buoy position and the SAR image acquisition area. The
proposed methodology is innovative because it is capable to assess
multimodal wave systems. After being tested and validated with
more images and well collocated buoys, it may become operational
for monitoring purposes using C-band PolSAR imagery.",
committee = "Kampel, Milton (Presidente) and Lorenzzetti, Jo{\~a}o Antonio
(Orientador) and Carvalho, Nelson Violante de",
englishtitle = "On the study of multimodal ocean wave systems using polarimetry
SAR",
language = "pt",
pages = "97",
ibi = "8JMKD3MGP3W34R/3R95H5L",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34R/3R95H5L",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "27 abr. 2024"
}