Numerical simulations of SAR microwave imaging of the Brazil current surface front

Abstract

Abstract This paper analyzes the hydrodynamic and atmospheric instability modulation mechanisms which influence the Brazilian Current's (BC) thermal front signature in Synthetic Aperture Radar (SAR) images. Simulations were made using the M4S SAR imaging model. Two SAR images of the Brazilian Southeastern Coast depicting the BC's thermal front were selected including a VV (ASAR/Envisat) and a HH polarization (RADARSAT-1) image. Conditions of current shear and divergence were reproduced for the fronts imaged, using in situ (Acoustic Doppler Current Profilers) current velocities. Wind velocity fields were simulated based on QuikSCAT data. Results showed that SAR imaging of the BC front may be influenced both by atmospheric instabilities and hydrodynamic modulations. The first mechanism prevailed on the RADARSAT image and the latter on the ASAR/Envisat image. When atmospheric instabilities prevailed, the contribution of shear and divergence was almost negligible. When hydrodynamic modulations prevailed, a better agreement between the simulated responses and SAR image responses was obtained by inforcing a reduction of 88% in the relaxation rate, and higher divergence values, of the order of 10-4 s-1. Results indicate that, for some specific cases, local increases in shear and divergence may allow the detection of the BC thermal front.

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Resumo Esse artigo analisa os mecanismos, modulação hidrodinâmica e instabilidade atmosférica que permitem a visualização da frente térmica da Corrente do Brasil (CB) em imagens Radar de Abertura Sintética (SAR). Simulações numéricas realizadas com o modelo M4S basearam-se em duas imagens SAR da costa sudeste brasileira, nas polarizações VV (ASAR/Envisat) e HH (RADARSAT-1), mostrando a região frontal da CB. A simulação das condições médias de cisalhamento e divergência da região frontal se baseou em dados in situ (Acoustic Doppler Current Profilers) de correntes superficiais. Os campos de ventos foram simulados a partir de dados do escaterômetro QuikScat. Os resultados mostram que ambas as modulações por instabilidade atmosférica e hidrodinâmica influenciaram a visualização da frente da CB. O primeiro mecanismo foi dominante na reprodução da modulação da imagem RADARSAT, enquanto o segundo gerou padrão próximo à imagem ASAR/Envisat. No caso de dominância da instabilidade atmosférica, a influência da modulação hidrodinâmica foi pequena. Na prevalência de modulação hidrodinâmica, observou-se boa concordância entre os resultados simulados e reais, porém utilizando valores de divergência da ordem de 10-4 s-1 e impondo uma diminuição de 88% na taxa de relaxação. Os resultados indicam que, em casos específicos, o aumento da divergência/cisalhamento na região frontal poderia possibilitar a visualização da frente térmica da CB.