@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"
}