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

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.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

Derivação da Frequência Inercial Efetiva diretamente de Formulações Descritivas da Turbulência

NIILER (1969) e MOERS (1975) introduziram o conceito da Frequência Inercial Efetiva (FIE), derivada a partir de considerações físicas associadas com escalas espaciais e de gradiente horizontal de velocidade. Neste trabalho, é apresentada uma derivação formal para a FIE e é mostrado que, para escoamentos turbulentos, a modificação da frequência inercial ocorre em uma forma muito mais geral do que inicialmente previsto pelos supra citados autores

Application of remote sensing to the study of the pelagic spiny lobster larval transport in the Tropical Atlantic

A conectividade de populações marinhas através da dispersão larval é crucial para a manutenção da produção pesqueira e da biodiversidade. A dispersão de larvas ocorre em diferentes escalas espaciais e temporais, de forma que o recobrimento global e escala sinóptica fazem dos dados de satélite ferramentas importantes para esses estudos. O objetivo deste artigo é apresentar os resultados do uso de dados de correntes geostróficas derivadas de satélites altímetros para simular o transporte de larvas de lagosta espinhosa no oceano Atlântico Tropical. As simulações foram realizadas ao longo do Atlântico Tropical (20ºN - 15ºS), iniciando em quatro locais (Cabo Verde, Costa do Marfim, Ilha de Ascensão e Arquipélago de Fernando de Noronha). Foi utilizado um modelo advectivo/difusivo forçado com o campo médio de circulação geostrófica calculado entre 2001 e 2005 e outro forçado com campo correspondente ao evento de El Niño 2002/2003. Os resultados obtidos sugerem que há uma intensificação de processos oceânicos de meso-escala durante o ano de El Niño, que promove a conectividade entre diferentes estoques e aumenta as chances de ocorrer um fluxo genético. Os dados de correntes geostróficas gerados a partir de satélites altímetros incorporados a um modelo advectivo/difusivo simples podem prover informações importantes acerca da dinâmica física necessárias para conduzir estudos sobre dispersão larval.The connectivity of marine populations via larval dispersal is crucial for the maintenance of fisheries production and biodiversity. Because larval dispersion takes place on different spatial scales, global operational satellite data can be successfully used to investigate the connectivity of marine populations on different spatial and temporal scales. In fact, satellite data have long been used for the study of the large and mesoscale biological processes associated with ocean dynamics. This paper presents simulations of spiny lobster larvae transport in the Tropical Atlantic using the geostrophic currents, generated by altimetry that feeds an advection/diffusion model. Simulations were conducted over the Tropical Atlantic (20ºN to 15ºS), considering four larvae release areas: the Cape Verde Archipelago, the Ivory Coast, Ascension Island and Fernando de Noronha Archipelago. We used mean geostrophic current (MGC) calculated from 2001 to 2005 to represent the mean circulation of the Tropical Atlantic. We also ran the model for the El Niño geostrophic current regime (ENGC) using part of the MGC data, representing the El Niño 2002/2003 event. Results suggest that the intensification of the mesoscale ocean processes associated with El Niño events promotes the connectivity between populations, increasing the chances of a genetic flux among different stocks. We concluded that the altimetry geostrophic current data together with a relatively simple advection/diffusion model can provide useful information about the physical dynamics necessary to conduct studies on larval dispersion

Utilização dos dados do ERS para estudo do campo de vento sobre a superfície do Atlântico Sul

Seasonal mean and standard deviation values of surface winds of the Atlantic Ocean sector from 20 o N to 40 o S were generated from the ERS 1/2 scatterometer data. The objective of this effort was the analysis of the spatial and temporal variability of the wind field for the region. The original data (wind direction and speed)were first converted into zonal and meridional components. Three day blocks of scatterometer data were used for the interpolation into a regular 1 o x1 o geographic grid. A simple spatial interpolation that uses an iteration procedure with a correction of mean value of weighted errors was implemented. The resulting wind fields describe the main features of Southeast and Northeast trades, with the ITCZ and semi-permanent high pressure system in the subtropics clearly detected.Pages: 729-73

Detecção Automática de Filmes na Superfície Marinha Usando Imagens MODIS e Modelos de Radiância de Sunglint Normalizada

The sunglint condition in remote sensing images at the visible spectrum brings information about the sea surface shortwave roughness. Mineral films or biogenic films present in the ocean surface can effectively change this roughness. Therefore, by using normalized radiance of glint contaminated MODIS images one can detect the surfactants. Here, a new automatic technique is developed in which we compare modeled normalized sunglint radiance for clear water and surfaces with films. This approach provides a tool to detect films on sea surface. A case study of biogenic films formed by Trichodesmium cianobacteria in the southeastern Brazilian coast in January 2003 reveals the potential of MODIS images under sunglint to detect biofilms. The global monitoring of natural films is of great importance for the understanding heat, particles, momentum and gases exchanges between ocean and atmosphere. The sunglint condition in MODIS images, even dependent on specific acquisition geometric conditions (Sun and sensor), could mean an improvement in the global detection of natural films. An advantage over other methods is its relatively high spatial resolution (250 m) at zero cost to the scientific community and society. Yet, more importantly, is the possibility of using such images to reveal surfactants at low wind conditions (< 2 m/s), very difficult to do using SAR images due to the absence of Bragg scattering.Pages: 7840-784

Estimativas de correntes oceânicas superficiais pelo método da máxima correlação cruzada

Sequential satellite images of sea surface temperature (SST)patterns are used to estimate surface advective current velocities. The current velocities are estimate by applying a maximum cross correlation (MCC)technique on two time-lapsed images.Pages: 835-83

Validação da TSM estimada pelo MODIS na região Nordeste do Oceano Atlântico Sul

Sea surface temperature (SST) from infrared satellite measurements are compared to SST measured by satellite tracked drifters, in the Northwest region of the South Atlantic, taken as reference values. Previous studies indicate that SST variability observed in this region has important influence on the seasonal and longer term precipitation changes on the Northeast Brazil. Mean SST RMSE between MODIS and drifter data are 0.40 °C and 0.52 °C during day and night, respectively. At night time the SST must be corrected by considering the bias (skin-subsurface) of 0.5°C.Pages: 7037-704