Fechar

@MastersThesis{Viana:2021:EsTaDi,
               author = "Viana, Rafael Duarte",
                title = "Estimativa da taxa de dissipa{\c{c}}{\~a}o de energia associada 
                         {\`a} quebra de ondas {\`a} partir de dados SAR",
               school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
                 year = "2021",
              address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
                month = "2020-08-19",
             keywords = "polarimetria SAR, quebra de ondas, taxa de dissipa{\c{c}}{\~a}o 
                         de energia total, RADARSAT-2, BPM, SAR polarimetry, wave breaking, 
                         total energy dissipation rate.",
             abstract = "A taxa de dissipa{\c{c}}{\~a}o de energia total na 
                         superf{\'{\i}}cie do oceano, t, fornece uma estimativa de 
                         primeira ordem da taxa de entrada de energia cin{\'e}tica na 
                         interface oceano-atmosfera. Estudos sobre a 
                         distribui{\c{c}}{\~a}o espacial e temporal da taxa de 
                         dissipa{\c{c}}{\~a}o de energia s{\~a}o importantes para 
                         melhorar os atuais modelos clim{\'a}ticos e de onda. Diversos 
                         estudos j{\'a} foram conduzidos afim de parametrizar t em 
                         fun{\c{c}}{\~a}o da velocidade do vento e de par{\^a}metros de 
                         ondas. M{\'e}todos oceanogr{\'a}ficos tradicionais utilizam 
                         medidas remotas (a partir de sensores em plataformas ou 
                         aerotransportados) e aquisi{\c{c}}{\~o}es de dados in-situ para 
                         estimar t, contudo estes m{\'e}todos cobrem pequenas {\'a}reas 
                         no tempo e s{\~a}o dif{\'{\i}}ceis de reproduzir em oceano 
                         aberto. O sensoriamento remoto orbital apresenta o potencial para 
                         estimar alguns par{\^a}metros relacionados {\`a} quebra das 
                         ondas em uma escala sin{\'o}ptica, incluindo a taxa de 
                         dissipa{\c{c}}{\~a}o de energia. Contudo, estimativas de t em 
                         condi{\c{c}}{\~o}es de velocidade de ventos fracos {\`a} 
                         moderados utilizando os atuais m{\'e}todos de Radar de Abertura 
                         Sint{\'e}tica (SAR) polarim{\'e}tricos n{\~a}o possuem uma boa 
                         correla{\c{c}}{\~a}o com os valores esperados a partir de 
                         modelos param{\'e}tricos. Assim, o objetivo principal do trabalho 
                         foi utilizar dados SAR polarim{\'e}tricos para estimar t em 
                         diferentes condi{\c{c}}{\~o}es de velocidade do vento e estado 
                         do mar, em condi{\c{c}}{\~o}es de velocidades de vento em 
                         superf{\'{\i}}cie abaixo de 10 ms\−1. Um conjunto de nove 
                         imagens RADARSAT-2 QUAD-POL em diferentes condi{\c{c}}{\~o}es 
                         meteorol{\'o}gicas de estado de oceano, em conjunto com 
                         simula{\c{c}}{\~o}es num{\'e}ricas obtidas do modelo de ondas 
                         WaveWatch III e dados in-situ, foram utilizadas para a 
                         an{\'a}lise. A metodologia utilizada consistiu em decompor o 
                         sinal de retroespalhamento SAR em termos de duas 
                         contribui{\c{c}}{\~o}es: uma contribui{\c{c}}{\~a}o 
                         polarizada, associada com a resposta r{\'a}pida do vento local 
                         (retroespalhamento Bragg), e uma contribui{\c{c}}{\~a}o 
                         n{\~a}o-polarizada (NP), associada com a quebra da onda 
                         (retroespalhamento n{\~a}o-Bragg). Dois modelos de 
                         retroespalhamento SAR foram utilizados: a vers{\~a}o simplicada 
                         do modelo de duas-escalas formulado por Valenzuela e o modelo de 
                         duas-escalas BPM (Boundary Perturbation Method). Par{\^a}metros 
                         de vento e onda foram estimados a partir da 
                         contribui{\c{c}}{\~a}o NP e utilizados para etimar t utilizando 
                         um modelo param{\'e}trico dependente destes par{\^a}metros. Os 
                         resultados obtidos foram analisados utilizando as sa{\'{\i}}das 
                         do modelo WaveWatch III e medidas pr{\'e}vias documentadas na 
                         literatura. Para condi{\c{c}}{\~o}es predominantes de vagas, t 
                         estimado dos dados SAR mostraram boa concord{\^a}ncia com a 
                         dissipa{\c{c}}{\~a}o associada {\`a} quebra de ondas quando 
                         comparados {\`a}s simula{\c{c}}{\~o}es num{\'e}ricas. Em 
                         condi{\c{c}}{\~o}es predominantes de marulhos, a taxa de 
                         dissipa{\c{c}}{\~a}o foi at{\'e} uma ordem de magnitude maior 
                         do que o esperado. A metodologia adotada mostrou-se 
                         satisfat{\'o}ria para estimar a taxa de dissipa{\c{c}}{\~a}o 
                         para condi{\c{c}}{\~o}es de ventos fracos {\`a} moderados 
                         (abaixo de 10 ms\−1), uma condi{\c{c}}{\~a}o ambiental 
                         para os quais os m{\'e}todos atuais utilizando SAR 
                         polarim{\'e}trico n{\~a}o s{\~a}o capazes de estimar t 
                         adequadamente. ABSTRACT: The total energy dissipation rate on the 
                         ocean surface, t, provides a first-order estimation of the kinetic 
                         energy input rate at the ocean-atmosphere interface. Studies on 
                         the spatial and temporal distribution of the energy dissipation 
                         rate are important for the improvement of climate and wave models. 
                         Several studies have already been conducted in order to 
                         parameterize t relative to wind speed and wave parameters. 
                         Traditional oceanographic research normally use remote 
                         measurements (airborne and platforms sensors) and in situ data 
                         acquisition to estimate t, however those methods cover small areas 
                         over time and are difficult to reproduce especially in the open 
                         oceans. Satellite remote sensing has proven the potential to 
                         estimate some parameters related to breaking waves on a synoptic 
                         scale, including the energy dissipation rate. However, estimates 
                         of t in light-to-moderate wind speed conditions using current 
                         polarimetric Synthetic Aperture Radar (SAR) methods doesnt have a 
                         good correlation with expected values from parametric models. The 
                         main objective of this work was to use polarimetric SAR data to 
                         estimate t under different wind and sea conditions, under 
                         conditions of surface wind speeds below 10 ms\−1. A dataset 
                         of nine RADARSAT-2 QUAD-POL images in different ocean state and 
                         weather conditions were used for the analysis, together with 
                         numerical simulations obtained from the WaveWatch III wave model 
                         and buoy observations. The used methodology consisted in 
                         decomposing the backscatter SAR return in terms of two 
                         contributions: a polarized contribution, associated with the fast 
                         response of the local wind (Bragg backscattering), and a 
                         non-polarized (NP) contribution, associated with wave breaking 
                         (Non-Bragg backscattering). Two models of Bragg polarization ratio 
                         was used: the simplified two-scale model from Valenzuela 
                         formulation, and the Boundary Perturbation Method (BPM). Wind and 
                         wave parameters were estimated from the NP contribution and used 
                         to calculate t from a parametric model dependent of these 
                         parameters. The results were analyzed using wave model outputs 
                         (WaveWatch III) and previous measurements documented in the 
                         literature. For the prevailling wind seas conditions, the t 
                         estimated from pol-SAR data showed good agreement with dissipation 
                         associated with breaking waves when compared to numerical 
                         simulations. Under prevailing swell conditions, the total energy 
                         dissipation rate was higher than expected. The methodology adopted 
                         proved to be satisfactory to estimate the total energy dissipation 
                         rate for light to moderate wind conditions (winds below 10 
                         ms\−1), an environmental condition for which the current 
                         SAR polarimetric methods do not estimate t properly.",
            committee = "Lorenzzetti, Jo{\~a}o Antonio (presidente/orientador) and 
                         Innocentini, Valdir and Paes, Rafael Lemos",
         englishtitle = "Estimation of energy dissipation rate from breaking waves using 
                         SAR polarimetry",
             language = "pt",
                pages = "87",
                  ibi = "8JMKD3MGP3W34R/434QR6E",
                  url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34R/434QR6E",
           targetfile = "publicacao.pdf",
        urlaccessdate = "03 maio 2024"
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