Ocean winds from RADARSAT-1 ScanSAR

Abstract

This paper discusses an algorithm designed to retrieve high-resolution wind fields from scanning synthetic aperture radar (ScanSAR) data acquired on board the Canadian satellite RADARSAT-1. The ScanSAR operates at C-band with horizontal polarization. The wind directions are extracted from wind-induced streaks, e.g., from atmospheric boundary layer rolls or wind shadowing, which are approximately in line with the mean wind direction near the ocean surface. The wind speeds are derived from the normalized radar cross section (NRCS) and image geometry of the calibrated ScanSAR images, together with the local wind direction retrieved from the image. Therefore the semi-empirical C-band model CMOD4, which describes the dependency of the NRCS on wind and image geometry, is used. The CMOD4 was originally developed for the scatterometer of the European remote sensing satellites ERS-l and ERS-2 operating at C-band with vertical polarization. Consequently, the CMOD4 required modification for horizontal polarization, which is performed by considering the polarization ratio. To demonstrate the applicability of the algorithm, wind fields were computed from 20 RADARSAT-1 ScanSAR wide-swath images and compared to co-located results from the Danish high-resolution limited-area model (HIRLAM). In addition, the error sources in ScanSAR wind retrieval are discussed and sensitivity studies were carried out to estimate wind speed errors due to uncertainties in the NRCS, wind direction, and incidence angles.

Dans cet article, on discute d'un algorithme conçu pour extraire les champs de vent à haute résolution à partir des données du capteur ScanSAR (scanning synthetic aperture radar) acquises à bord du satellite RADARSAT-1 opèrant en bande C et en polarisation horizontale. Les directions de vent sont extraites des stries induites par le vent, i.e., à partir des rouleaux à la couche limite de l'atmosphère ou d'ombres de vent qui s'alignent approximativement suivant la direction moyenne du vent près de la surface océanique. Les vitesses de vent sont dérivées de la section équivalente radar normalisée (SERN) et de la géométrie des images ScanSAR étalonnées, en plus de la vitesse de vent locale dérivée de l'image. Ainsi, on utilise le modèle semi-empirique CMOD4 en bande C, qui donne une description de la dépendance de la SERN par rapport au vent et à la géométrie de l'image. Le modèle CMOD4 a été développé au départ pour le scattéromètre des satellites européens ERS-1 et ERS-2 opérant en bande C avec polarisation verticale. Conséquemment, il a été nécessaire d'effectuer une modification du CMOD4 pour la polarisation horizontale, qui est effectuée en considérant le rapport de polarisation. Pour démontrer l'applicabilité de l'algorithme, des champs de vent ont été calculés à partir de 20 images ScanSAR de RADARSAT-1 en mode faisceau large et comparés aux résultats co-localisés dérivés du modèle danois HIRLAM à haute résolution et à surface réduite. Aussi, on discute des sources d'erreur dans l'extraction de vent ScanSAR et des études de sensibilité ont été réalisées pour estimer les erreurs dans les vitesses de vent dues aux incertitudes dans la SERN, la direction du vent et les angles d'incidence.[Traduit par la Rédaction]