Ocean Wind Study Using Simulated RCM Compact-Polarimetry SAR

Abstract

. The incidence angle, wind speed, and wind direction dependence of compact polarimetry (CP) synthetic aperture radar (SAR) parameters are presented for open water. Selected CP parameters are related to C-band geophysical model function (CMOD) output. Wind speeds range between 0 and 24 m/s, and incidence angles range between 18 and 50°. SAR data are coincident with meteorological buoy data. CP parameters are simulated from polarimetric RADARSAT-2 data and emulate data available on the pending RADARSAT Constellation Mission (RCM). Analysis is performed for 20 CP parameters, based on RADARSAT-2 images. Five linear-polarization SAR parameters are included for comparison. Results show robust relationships for CP parameters related to CMOD. For CP parameters unrelated to CMOD, results provide first-, second-, or third-order linear regression models, as functions of incidence angle, wind speed, wind direction, or combinations thereof. These models provide a set of values for comparison with sea ice or other features on, or adjacent to, open water. The results of this study are of value to the Canadian Ice Service of the Meteorological Service of Canada, as well as other government of Canada departments, for implementing CP SAR data in their operational workflows once RCM is launched.Résumé. La dépendance à l’angle d’incidence, à la vitesse et à la direction du vent des paramètres mesurés en polarimétrie compacte (CP) est présentée pour l’eau libre. Les paramètres de CP sélectionnés sont liés aux sorties de la fonction du modèle géophysique en bande C (CMOD). Les vitesses du vent varient entre 0 et 24 m/s, et les angles d’incidence varient entre 18 et 50 degrés. Les données SAR coïncident avec les données des bouées météorologiques. Les paramètres en CP sont simulés à partir des données polarimétriques de RADARSAT-2, et ils simulent les données qui seront disponibles à partir de la mission de la Constellation RADARSAT prévue (MCR). L’analyse est effectuée pour 20 paramètres en CP, sur la base des images RADARSAT-2. Cinq paramètres SAR en polarisation linéaire sont inclus pour comparaison. Les résultats montrent des relations robustes pour les paramètres en CP liés à CMOD. Pour les paramètres en CP non liés à la CMOD, les résultats fournissent des modèles de régression linéaire de première, deuxième ou troisième ordre, en fonction de l’angle d’incidence, de la vitesse et de la direction du vent, ou des combinaisons de ceux-ci. Ces modèles fournissent un ensemble de valeurs de comparaison avec la glace de mer; ou d’autres éléments sur, ou à proximité de, l’eau libre. Les résultats de cette étude seront importants pour le Service canadien des glaces du Service météorologique du Canada, ainsi que pour d’autres ministères du gouvernement du Canada, pour mettre en œuvre les données SAR en CP dans leur flux de travaux opérationnels, une fois la MCR lancée.