All-Season Compact-Polarimetry C-band SAR Observations of Sea Ice

Abstract

. Compact-polarimetry (CP) synthetic aperture radar (SAR) observations are presented for major sea ice types in each ice season. CP data for three wide-swath Radarsat Constellation Mission (RCM) modes were simulated and evaluated. Regression models and statistical distances as functions of incidence angles were calculated for 26 CP parameters, based on 969 samples of user-selected homogeneous regions of sea ice. CP parameters, best able to discriminate sea ice types and open water, were quantitatively identified in three incidence angle ranges (19–29°, 30–39°, 40–49°). These parameters will likely provide discrimination of sea ice types and open water for both visual interpretation and automated classification. Several parameter–ice type combinations exhibit novel scattering responses, which present new opportunities for ice type discrimination and for inferring scattering mechanisms. Specifically, phase-related parameters with early-stage ice types provide discrimination for ice type pairings that are difficult with co- or dual-polarized data. CP parameters change with incidence angle, which necessitates the use of certain CP parameters at smaller incidence angles and others at larger incidence angles in wide-swath RCM modes. The Canadian Ice Service will implement CP SAR data in their operational workflows once the RCM is operational. Prelaunch study results provide a valuable resource for early adoption of CP data.Résumé. Des observations SAR en polarimétrie compacte (CP) sont présentées pour les principaux types de glace de mer pour la saison des glaces. Des données en CP pour trois modes à large fauchée de la mission de la Constellation RADARSAT (MCR) ont été simulées et évaluées. Des modèles de régression et des distances statistiques en fonction de l’angle d’incidence ont été calculés pour 26 paramètres en CP d’après 969 échantillons de régions homogènes de glace de mer sélectionnées par l’utilisateur. Les paramètres en CP les plus aptes à distinguer les types de glace de mer et l’eau libre ont été quantitativement identifiés dans trois gammes d’angles d’incidence (19–29 °, 30–39 °, 40–49 °). Ces paramètres permettront probablement la discrimination des types de glace de mer et de l’eau libre, à la fois pour l’interprétation visuelle et la classification automatisée. Plusieurs combinaisons de paramètres et de types de glace montrent de nouvelles réponses de diffusion, présentant ainsi de nouvelles possibilités pour la discrimination du type de glace et pour déduire les mécanismes de diffusion. Plus précisément, les paramètres liés à la phase pour les types de glace à un stade précoce permettent la discrimination du type de glace, ce qui est difficile avec des données copolarisées ou en polarisation double. Les paramètres en CP changent avec l’angle d’incidence, ce qui nécessite l’utilisation de certains paramètres à des angles d’incidence plus petits et d’autres paramètres à des angles d’incidence plus grands dans les modes à large fauchée de la MCR. Le Service canadien des glaces utilisera les données SAR en CP dans leur flux de travaux opérationnels lorsque la MCR sera opérationnelle. Les résultats de l’étude de prélancement fournissent une ressource précieuse pour l’adoption précoce des données en CP.