Gulf Stream Detection from SAR Doppler Anomaly

Abstract

This work presents a Gulf Stream (GS) North Wall (GSNW) detection algorithm applicable to Sentinel-1 Radial surface Velocity (RVL) products derived from Doppler centroid analysis of synthetic aperture radar (SAR) data collected off the east coast of Canada from February 2017 to August 2017. Visual comparison of the extracted location of the GSNW (obtained by evaluating the peak RVL gradient in the azimuth direction), and the estimated location of the GSNW as determined by the U.S. Naval Oceanographic Office and a GSNW search region (GSNWSR), indicates that the algorithm is capable of detecting the GSNW in ∼80% of the cases evaluated. Results are dependent on the geophysical orientation of the GS across the SAR swath, such that the GSNW detector performed most reliably when the GS was oriented across the swath resulting in maximized surface velocities in the range direction. When the GS meandered, or when GS eddies appeared in the RVL data, the GSNW was often partially detected or detected multiple times, reducing confidence in the extracted location. It is anticipated that the results obtained using the Sentinel-1 RVL products will be applicable to SAR data from other platforms.

RÉSUMÉ

Ce travail présente un algorithme qui détecte la position du « Gulf Stream North Wall » (GSNW) en évaluant la vitesse radiale de la surface de l’océan dérivée par l’analyse de l’effet Doppler des données de radar à synthèse d'ouverture (RSO) de la plateforme Sentinel-1 (recueillies entre février 2017 et août 2017). Une comparaison visuelle, entre l'emplacement du GSNW obtenu par l’algorithme (qui évalue le gradient maximal de la vitesse radiale dans la direction de l'azimut) et celles de l'emplacement estimé par le Bureau océanographique naval des États-Unis et d’une région de recherche où la position du GSNW est prévue, indique que l'algorithme est capable de détecter le GSNW dans ∼80% des cas évalués. Les résultats dépendent de l'orientation géophysique du « Gulf Stream » (GS) par rapport à la bande de RSO: les résultats sont plus fiables lorsque le GS est perpendiculaire à la direction d’azimut maximisant ainsi la composante de la vitesse radiale du courant. Lorsque le GS méandre ou lorsqu’il forme des tourbillons qui affectent la vitesse radiale, la confiance en l’emplacement du GSNW détecté par l’algorithme diminue car celui-ci peut être partiellement détecté ou il peut y avoir plusieurs détections. Il est anticipé que les résultats observés en analysant les produits de vitesse radiale dérivés par l’analyse de l’effet Doppler des données RSO de la plateforme Sentinel-1 soient applicables aux produits de vitesse radiale dérivés d’autres plateformes de RSO.