Air-sea turbulence statistics from synthetic aperture radar: An update

Abstract

A similarity theory based method for calculating turbulence statistics from synthetic aperture radar (SAR) derived 10 m neutral wind speed image sub-scenes was tested. We concentrated on the ability of the method to yield proper estimates of the ratio of reference height to Obukhov length (z/L) and kinematic buoyancy flux (B). The tropical ocean global atmosphere ‐ coupled ocean atmosphere response experiment (TOGA‐COARE) bulk flux algorithm, fed with buoy and mooring data corresponding in space and time to a particular sub-scene, provided a comparison data set. Thirteen case studies were examined covering a wide range of negative air‐sea temperature difference and wind speed. The statistics from the SAR method that we report herein are averages from a 3 × 3 sub-scene grid centered on a particular in situ station for each case study. The correlation coefficient for z/L is 0.77 and that for B is 0.95. The value of z/L produced by the SAR method, averaged over all 13 case studies, is ‐0.15. The standard deviation of z/L from the SAR method, averaged over all 13 case studies, is 0.12. The corresponding values for B are 0.046 m·s^‐1K (average) and 0.034 m·s^‐1K (standard deviation). The mean difference and root mean square difference (COARE results ‐ SAR results) for the z/L comparisons are ‐0.008 and 0.119, respectively, and the same statistics for the B comparisons are 0.030 m·s^‐1K and 0.039 m·s^‐1K. Potential sources of error and avenues for future research are briefly discussed.

Une méthode basée sur la théorie de la similarité pour le calcul des statistiques de turbulence à partir de sous-scènes d'images de vitesse de vent neutre dérivées de données RSO à 10 m a été testée. Nous avons mis l'accent sur l'habileté de la méthode à fournir des estimations appropriées du ratio de la hauteur de référence par rapport à la longueur Obukhov (z/L) et au flux cinématique de poussée hydrostatique (B). L'algorithme bulk flux de l'expérience tropical ocean global atmosphere ‐ coupled ocean atmosphere response experiment (TOGA‐COARE), alimenté avec des données de bouées et d'ancrage correspondant dans l'espace et le temps à une sous-scène particulière, a fourni un ensemble de données de comparaison. Treize cas ont été examinés couvrant une large gamme de différences négatives de température air‐mer et de vitesse de vent. Les statistiques de la méthode RSO que nous présentons ici sont des moyennes à partir d'une grille de sous-scène de 3 × 3 centrée sur une station in situ spécifique pour chacun des cas. Le coefficient de corrélation pour z/L est de 0,77 alors que pour B il est de 0,95. La valeur de z/L produite par la méthode RSO, moyennée par rapport aux 13 cas, est de ‐0,15. L'écart type de z/L à partir de la méthode RSO, moyenné par rapport aux mêmes 13 cas est de 0,12. Les valeurs correspondantes pour B sont de 0,046 m·s^‐1K (moyenne) et de 0,034 m·s^‐1K (écart type). La différence moyenne et l'erreur quadratique moyenne (résultats COARE ‐ résultats RSO) pour les comparaisons z/L sont de ‐0,008 et 0,119, respectivement, alors que les mêmes statistiques pour les comparaisons de B sont de 0,030 m·s^‐1K et 0,039 m·s^‐1K. On discute brièvement des sources potentielles d'erreur et des axes de recherche potentiels.[Traduit par la Rédaction]