Detecção de feições oceanográficas, filmes minerais e biogênicos via imagens MODIS na condição de sunglint

• Ano de defesa: 2012
• Autor(a) principal: Lucas Barbedo de Freitas
• Orientador(a): Milton Kampel, João Antônio Lorenzzetti
• Banca de defesa: Cristina Maria Bentz
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Sensoriamento Remoto
• País: BR
• Resumo em Inglês: When interpreting satellite oceanic scenes the synergy of meteo-oceanographic products is essential to assist a better separation of surfactants into oil or biofilms. The same is true for the classification of other features associated to the dynamics of the ocean such as current meanders and fronts, internal waves, eddies and to atmospheric events such as low wind zones, wind shadows due coastal or island topography and lower atmosphere boundary layer processes. Synthetic Aperture Radar (SAR) images of the ocean surface have been used with success in detecting oil spills and biofilms. The detection of these surfactants in SAR images is possible due to the damping effect of surfactants on short wavelength roughness (Bragg capillary waves) produced by the wind friction. The main goal of this study was to evaluate the usefulness of ocean color images under sunglint condition for complementing estimates of ocean features extracted from SAR images. Under specific geometric configurations of Sun´s illumination, sensor viewing and wind intensity and direction, the bi-directional specular reflection of ocean surface will contain the sun glint, a region of high reflectance of solar rays. The size and intensity of the glint depends on the distribution of sea surface slopes (short scale roughness), a function of the wind. The wind induced roughness has an anomalous behavior under the action of surfactant films. These anomalous roughness regions will affect the normal glint reflection, allowing the detection of surfactants in glint images even in conditions of low wind (< 2m/s), a situation that makes SAR images almost useless for oil detection. In this work the sunglint contrast between a surfactant film and clean water is modeled using Cox and Munk (1954) sea surface slope PDF. We derive a contrast index and show that it can be used qualitatively (negative or positive) and quantitatively to help separate 15 the observed surfactant signatures from ambiguities caused by some atmospheric and oceanographic features. Two case studies are presented for the southeast coast of Brazil to demonstrate how sunglint images can be very useful as synergy tool in the remote sensing of surfactants in the ocean. One case study is of biofilms produced by cyanobacteria \textit{Trichodesmium} Bloom in January 2002 and another refers to an oil spill in November 2011. We also present some examples of sunglint images used for the detection and observation of internal waves, ocean mesoscale features, river plumes, nearshore winds, and coastal process.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2012/07.05.19.21

O avanço da fronteira marítima devido à extração de petróleo em águas profundas e a consequência de vazamentos que possam atingir ambientes sensíveis e de difícil regeneração levantam à necessidade de novas tecnologias de monitoramento. Imagens de radar de abertura sintética da superfície do oceano são largamente utilizadas para detectar manchas de petróleo e também biofilmes. Embora a aquisição SAR ocorra em qualquer condição atmosférica e de iluminação solar, a boa detecção destes surfactantes é regrada pelo vento na superfície marinha e sua influência na formação de ondas de \textit{Bragg}. A sinergia de produtos meteo-oceanográficos é essencial para auxiliar a distinção de surfactantes, entre biogênico e de petróleo; assim como de outras feições de dinâmica oceanográfica como vórtices, meandros, ondas internas e bordas de correntes; eventos atmosféricos como ventos fracos, sombra de vento devido a relevo costeiro, estabilidade na camada limite ar-mar e precipitação. Os sensores ópticos de cor do oceano, dentro de especificas condições geométricas de aquisição e vento resultam em imagens com reflexão especular bidirecional na superfície do oceano, o \textit{sunglint}, ao qual possui informação a respeito da rugosidade da superfície marinha. O efeito dos surfactantes impõe inelásticidade na superfície marinha, alterando o padrão de rugosidade, o que possibilita detectar filmes minerais ou biogênicos. Esta detecção via \textit{sunglint} ocorre mesmo em condições de baixo vento (< 2m/s), dificilmente eficazes no SAR. As condições de contraste entre um filme surfactante e águas limpas circundantes são modeladas e fornecem informação qualitativa (contraste negativo ou positivo) e quantitativa sobre o contraste causado pela mancha de óleo, diminuindo ambiguidades causadas por feições oceanográficas e atmosféricas. Um caso de filme biogênico resultado de Bloom da cianobactéria \textit{Trichodesmium, em janeiro de 2003} e um vazamento de petróleo em novembro de 2011, ambos na costa sudeste do Brasil, são analisados com auxilio de grande diversidade de dados ambientais e demonstra o quanto imagens de \textit{sunglint} podem ser importantes na sinergia de sensores remotos para monitorar surfactantes. O \textit{sunglint} por ser sensível a variações da rugosidade de superfície permite a observação de feições de mesoescala, entre elas detalhadas neste estudo meandros, vórtices, borda oeste da Corrente do Brasil, ondas internas, modulação do vento pelo relevo e plumas de rios na região sudeste do Brasil.