Assimilation of Geosat Altimeter Data for the Agulhas Current Using the Ensemble Kalman Filter with a Quasigeostrophic Model

The ring-shedding process in the Agulhas Current is studied using the ensemble Kalman filter to assimilate geosat altimeter data into a two-layer quasigeostrophic ocean model. The properties of the ensemble Kalman filter are further explored with focus on the analysis scheme and the use of gridded data. The Geosat data consist of 10 fields of gridded sea-surface height anomalies separated 10 days apart that are added to a climatic mean field. This corresponds to a huge number of data values, and a data reduction scheme must be applied to increase the efficiency of the analysis procedure. Further, it is illustrated how one can resolve the rank problem occurring when a too large dataset or a small ensemble is used.

Avaliação de dados de altimetria do satélite Geosat a partir de comparação com dados do levantamento gravimétrico marinho Equant

O objetivo principal deste trabalho é avaliar o uso dos dados de altimetria de satélites para mapear a superfície do potencial gravitacional (geóide) no mar. Esta avaliação se faz por comparações da resolução e precisão entre os dados de altimetria processados numa superfície equipotencial (o mar) e dados obtidos a partir de levantamentos convencionais. Uma vez processada a superfície equipotencial, quantidades tais como a anomalia "ar livre" juntamente com o desvio vertical podem ser calculadas. Os dados altimétricos ("altura do mar") utilizados neste trabalho foram coletados pelo satélite GEOSAT. Este satélite rastreou diversas áreas oceânicas do globo processando 44 ciclos em dois anos. Alguns pesquisadores utilizaram os valores médios da "altura do mar" deste satélite para melhoramentos em precisão e resolução dos registros. Estes valores tratados estão disponíveis em NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) sendo deste modo repassados à UFPa para utilização nesta tese. Os dados de gravimetria marinha utilizados neste trabalho são aqueles obtidos do levantamento "Equatorial Atlantic" (EQUANT I e II) resultantes de uma pesquisa conjunta entre várias instituições com objetivos científicos de conhecer o comportamento da margem equatorial Brasileira. Para comparação e integração entre os dois tipos de dados obtidos através de fontes distintas (medidas de satélite e do navio), poder-se-ia obter a aceleração vertical numa superfície equipotencial partindo-se de um tratamento algébrico dos dados coletados por rastreamento altimétrico do satélite Geosat ou alternativamente poder-se-ia processar transformações dos dados de gravimetria marinha em uma superfície equipotencial equivalente. Em decorrência de diferenças no espaçamento entre as linhas dos levantamentos, ou seja, as linhas das trajetórias do satélite estão largamente espaçadas em comparação com aquelas do levantamento marinho, optou-se por transformar os dados gravimétricos do navio em uma superfície equipotencial. Neste tipo de transformação, consideraram-se vários fatores tais como efeitos "aliasing", nível de ruídos nos levantamentos do navio, redução ao geóide (correção "ar livre"), bem como erros computacionais durante as transformações. Com a supressão parcial desses efeitos (enfatizando o "aliasing") encontrou-se forte correlação entre os dois conjuntos de dados verificando-se um nível de coerência satisfatório a partir do comprimento de onda de 11 km. Comparando-se este resultado com o nível de resolução do satélite Geosat largamente estudado por outros pesquisadores enfatiza-se que de fato a resolução dos valores médios (2 anos) do satélite Geosat aproxima-se da resolução dos levantamentos do Equant I e Equant II.

Detecção remota em meio urbano: teste com classificadores supervisionados a nível do pixel sobre imagens de alta resolução espacial aplicados numa lógica hierárquica de classes

Dissertação de Mestrado em Gestão do Território, Área de Especialização em Detecção Remota e Sistemas de Informação Geográfica

Integrated marine gravity field in the Brazilian coast from altimeter-derived sea surface gradient and shipborne gravity

Sea surface gradients derived from the Geosat and ERS-1 satellite altimetry geodetic missions were integrated with marine gravity data from the National Geophysical Data Center and Brazilian national surveys. Using the least squares collocation method, models of free-air gravity anomaly and geoid height were calculated for the coast of Brazil with a resolution of 2` x 2`. The integration of satellite and shipborne data showed better statistical results in regions near the coast than using satellite data only, suggesting an improvement when compared to the state-of-the-art global gravity models. Furthermore, these results were obtained with considerably less input information than was used by those reference models. The least squares collocation presented a very low content of high-frequency noise in the predicted gravity anomalies. This may be considered essential to improve the high resolution representation of the gravity field in regions of ocean-continent transition. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Desenvolvimento de algoritmo de ajuste de 'waveforms' altimétricas refletidas por lagos e rios

O uso de dados altimétricos para a avaliação e monitoramento da variação dos níveis dos oceanos, teve início com o satélite Seasat e vem desenvolvendo-se com êxito em outros sistemas como o Geosat e o ERS-l. Esta técnica tem se mostrado única em termos de oceanografia e abre caminho para a sua utilização em outros campos como a hidrologia. A possibilidade de avaliar-se os niveis das águas continentais por meio da altimetria, trata-se de uma proposta promissora termos de recursos hidricos em países de dimensões como o Brasil.O desenvolvimento de um algoritmo capaz de. a partir dos dados do satélite altimétrico Geosat processá-los de forma mais rápida e econômica, fornecendo informações prévias com as quais se possa efetivamente obter a variação do nível das águas de rios e Lagoas, constitue-se no desafio desta dissertação.O ajuste matemático proposto, que se utilizaria de um número menor de variáveis, se comparado ao método aplicado pela NASA, não trouxe os resultados esperados , mostrando-se ineficiente. Esta dissertação sugere que, embora este modelo proposto tenha se mostrado inadequado, abre-se um vasto campo de pesquisas para que a altimetria de satélites torne-se uma técnica operacional e viável em termos de recursos hidricos em águas continentais.

Topographic model of Greenland (elevation lines in PanMap and ASCII format)

In this paper, a new high-resolution elevation model of Greenland, including the ice sheet as well as the ice free regions, is presented. It is the first published full coverage model, computed with an average resolution of 2 km and providing an unprecedented degree of detail. The topography is modeled from a wide selection of data sources, including satellite radar altimetry from Geosat and ERS 1, airborne radar altimetry and airborne laser altimetry over the ice sheet, and photogrammetric and manual map scannings in the ice free region. The ice sheet model accuracy is evaluated by omitting airborne laser data from the analysis and treating them as ground truth observations. The mean accuracy of the ice sheet elevations is estimated to be 12-13 m, and it is found that on surfaces of a slope between 0.2° and 0.8°, corresponding to approximately 50% of the ice sheet, the model presents a 40% improvement over models based on satellite altimetry alone. On coastal bedrock, the model is compared with stereo triangulated reference points, and it is found that the model accuracy is of the order of 25-35 m in areas covered by stereo photogrammetry scannings and between 200 and 250 m elsewhere.

Satellite borne radar altimetry : empirical orbit refinement and ocean signal recovery techniques

Measurements of the sea surface obtained by satellite borne radar altimetry are irregularly spaced and contaminated with various modelling and correction errors. The largest source of uncertainty for low Earth orbiting satellites such as ERS-1 and Geosat may be attributed to orbital modelling errors. The empirical correction of such errors is investigated by examination of single and dual satellite crossovers, with a view to identifying the extent of any signal aliasing: either by removal of long wavelength ocean signals or introduction of additional error signals. From these studies, it was concluded that sinusoidal approximation of the dominant one cycle per revolution orbit error over arc lengths of 11,500 km did not remove a significant mesoscale ocean signal. The use of TOPEX/Poseidon dual crossovers with ERS-1 was shown to substantially improve the radial accuracy of ERS-1, except for some absorption of small TOPEX/Poseidon errors. The extraction of marine geoid information is of great interest to the oceanographic community and was the subject of the second half of this thesis. Firstly through determination of regional mean sea surfaces using Geosat data, it was demonstrated that a dataset with 70cm orbit error contamination could produce a marine geoid map which compares to better than 12cm with an accurate regional high resolution gravimetric geoid. This study was then developed into Optimal Fourier Transform Interpolation, a technique capable of analysing complete altimeter datasets for the determination of consistent global high resolution geoid maps. This method exploits the regular nature of ascending and descending data subsets thus making possible the application of fast Fourier transform algorithms. Quantitative assessment of this method was limited by the lack of global ground truth gravity data, but qualitative results indicate good signal recovery from a single 35-day cycle.

Mean sea surface modelling from multi-satellite altimetry utilising frequency domain techniques

A technique is presented for the development of a high precision and resolution Mean Sea Surface (MSS) model. The model utilises Radar altimetric sea surface heights extracted from the geodetic phase of the ESA ERS-1 mission. The methodology uses a modified Le Traon et al. (1995) cubic-spline fit of dual ERS-1 and TOPEX/Poseidon crossovers for the minimisation of radial orbit error. The procedure then uses Fourier domain processing techniques for spectral optimal interpolation of the mean sea surface in order to reduce residual errors within the model. Additionally, a multi-satellite mean sea surface integration technique is investigated to supplement the first model with additional enhanced data from the GEOSAT geodetic mission.The methodology employs a novel technique that combines the Stokes' and Vening-Meinsz' transformations, again in the spectral domain. This allows the presentation of a new enhanced GEOSAT gravity anomaly field.