Korean Multi-Purpose SATellite 5 (KOMPSAT-5) will be the first high resolution X-band SAR satellite of Korea. A critical parameter necessary for interpreting SAR images over the ocean is surface wind field. SAR is the only system that can provide a synoptic view of wind fields over the ocean covering large areas. However, there has been no X-band wind retrieval model. In this study, we evaluate the development of an X-band wind retrieval model and show the possibility of KOMPSAT-5 SAR on wind estimations using a combination of theoretical models.
Sea surface wind field was retrieved from high-resolution SIR-C SAR data by using CMOD algorithms off the east coast of Korea. In order to extract wind direction information from SAR data, a two-dimensional spectral analysis method was applied to the normalized radar cross section of the image. An $180^{\circ}$-ambiguity problem in the determination of wind direction was solved by selecting a direction nearest to the wind vector of the ECMWF reanalysis data. Comparison of the wind retrieval patterns with the ECMWF and NCEP/NCAR dataset showed RMS errors in the range of 1.30 to $1.72\;ms^{-1}$. In contrast, comparison of wind directions revealed large errors of greater than $60^{\circ}$, which is enormously higher than the permitted limit of about $20^{\circ}$ for satellite scatterometer winds. Compared with wind speed results from different algorithms, wind vectors based on commonly-used CMOD4 algorithm showed good agreement with those derived by other algorithms such as CMOD_IFR2 and CMOD5, particularly at medium winds from 4 to $8\;ms^{-1}$. However, apparent discrepancy appeared at low winds (< $4\;ms^{-1}$). This study also addressed an importance of accurate wind direction data to improve the accuracy of wind speed retrieval and discussed potential causes of wind retrieval errors from SAR data.
The characteristics of the dual-Doppler wind retrieval method based on a three dimensional variational (3DVAR) conception were investigated from the following four points of view; the sensitivity of the number of iteration, the effect of the weak constraint term, the effect of the smoothness term, and the sensitivity of the error mixing ratio of the radial velocities. In the experiment, the radial velocities relative to the Gosan and Jindo radar sites of the Korea Meteorological Administration (KMA) were calculated from the forecasting of the WRF (Weather Research and Forecast; Skamarock, 2004) model at 1330 UTC 30 June 2006, which is the one and half hour forecast from the initial time, 1200 UTC on that day. The results showed that the retrieval performance of the horizontal wind field was robust, but that of the vertical wind was sensitive to the external conditions, such as iteration number and the on/off of the weak constraint term. The sensitivity of error mixing ratio was so large that even the horizontal wind retrieval efficiency was reduced a lot. But the sensitivity of the smooth term was not so large. When we applied this method to the real mesoscale convective system (MCS) between the Gosan and Jindo radar pair at 1430 UTC 30 June 2006, the wind structure of the convective cells in the MCS was consistently retrieved relative to the reflectivity factor structure. By comparing the vertical wind structure of this case with that of 10 minutes after, 1440 UTC 30 June 2006, we got the physical consistency of our method.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.10
no.4
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pp.706-711
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2006
In order to retrieve ocean wind from SAR() image, and to estimate and validate between SAR-derived wind and in-situ wind, with RADAR SAR ocean images and real time marine meteorological data. It was used images with more than 10km to analyze the band of wind in SAR image by FFT(First Fourier Transformation) method and was used CMOD5 as wind retrieval model to retrieve ocean wind. In this study, generally it showed good results as RMS presented 0.8m/s for speed and 8 degree for direction, and especially when wind was hish speed, it presented very good results.
For the last 14 years, space-borne satellite SAR system such as RADARSAT-1, ERS-2, and ENVISAT ASAR have provided a continuous observation over the ocean. However, the data acquired from those systems were limited to C-band frequency until the advent of the first spacebome German X-band SAR system TerraSAR-X in 2007. Korea is also planning to launch the nation's first X-band SAR satellite (KOMPSAT-5) in 2010. It is timely and necessary to develop X-band models for estimating geophysical parameters from these X-band SAR systems. In this study, X-band wind retrieval model was investigated and developed based on numerical ocean scattering model (radar backscattering model and hydrodynamic interaction model). Although these models have not yet been tested and validated for broad ranges of wind conditions, the estimated wind speeds from TerraSAR-X data show generally good agreement with in-situ measurements.
A set of microwave remote sensing data collected with the newly developed UMass Imaging Wind and Rain Airborne Profiler (IWRAP) during the 2002 Atlantic Hurricane Season was analyzed to further our understanding of the effect of precipitation on scatterometer wind vector retrieval. Coincident surface wind speed and precipitation measurements were provided by the UMass Simultaneous Frequency Microwave Radiometer (SFMR). The differences between the wind estimations from IWRAP and SFMR under precipitation conditions of 0-100mm/hr and wind speed of 0-60m/s was calculated, from which the effect of precipitation on the wind vector retrieval using scatterometry is analyzed qualitatively.
Kim, Hyun-Goo;Hwang, Hyo-Jung;Kang, Yong-Heack;Yun, Chang-Yeol
New & Renewable Energy
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v.9
no.3
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pp.14-19
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2013
Comparative evaluation of offshore wind retreival software, which use the satellite images taken by Synthetic Aperture Radar sensor; SARTools of CLS-SOPRONO, France and SpaceEye of London Research and Development Corporation, Canada is carried out. For a reference satellite image, ENVISAT ASAR imagery of Jeollanam-do Wan-do area when the winter-time northwestern wind prevails is processed by CMOD_IFR2, CMOD4, CMOD5 algorithms. Wind speed difference and its relative ratio are calculated to evaluate uncertainty of software selection.
Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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v.5
no.2
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pp.47-53
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2002
Ocean surface wind speed was estimated using TRMM (Tropical Rainfall Measurement Mission) TMI (TRMM Microwave/Imager) data. It is used the TRMM TMI brightness temperature and National Data Buoy Center's buoy winds speed dataset near North-America to estimate by the algorithm of the ocean surface wind speed retrieval over North America. Comparing with the buoy data by D-matrix equation, the result that RMSE, BIAS, and correlation coefficient are 2.19 $ms^{-1}$, 1.10 $ms^{-1}$, and 0.81, respectively. Therefore the estimated oceanic surface wind speed by TRMM TMI brightness temperature data show that available to ocean research over upper ocean.
This study presents the analysis of an atmospheric flow around a single-doppler radar located in a pseudo-site. The use of a doppler radar in meteorological field of wind engineering has become widespread over the last several decades, but it has generally been recognized that the single-Doppler radar yields only one single velocity component - the radial velocity($V_r$) so that some additional hypotheses or simplifications must be necessary to get proper wind forecast. Therefore, in order to get an accurate radial velocity($V_r$) in this study, the existing methods such as VAD(Velocity Azimuth Display) and VARD(Velocity Area Display) are reformulated and applied to match the previous study(Waldteufel and Corbin), which have been an important indicator for retrieving a radar velocity. The results presented in this study include the results from different assessment methods in a peudo-site of different wind fields. Unless the existing method can consider the proper decomposition of radial velocity in the real site, then authors suggest an appropriate curve-fitting to decrease the uncertainty errors by changing a grid adaptation rate or applying a weighting function with respect to the wind angle. It is concluded that provided properly formulated fitting function are used, the wind retrieval from the Doppler radar using VAD and VARD methods can be a viable tool for use in wind engineering problems searching for the wind resources.
Shin, Dong-Bin;Chiu, Long S.;Clemente-Colon, Pablo
Proceedings of the KSRS Conference
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v.2
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pp.892-895
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2006
The atmospheric effects on the retrieval of sea ice concentration from passive microwave sensors are examined using simulated data typical for the Arctic summer. The simulation includes atmospheric contributions of cloud liquid water and water vapor and surface wind on surface emissivity on the microwave signatures. A plane parallel radiative transfer model is used to compute brightness temperatures at SSM/I frequencies over surfaces that contain open water, first-year (FY) ice and multi-year (MY) ice and their combinations. Synthetic retrievals in this study use the NASA Team (NT) algorithm for the estimation of sea ice concentrations. This study shows that if the satellite sensor’s field of view is filled with only FY ice the retrieval is not much affected by the atmospheric conditions due to the high contrast between emission signals from FY ice surface and the signals from the atmosphere. Pure MY ice concentration is generally underestimated due to the low MY ice surface emissivity that results in the enhancement of emission signals from the atmospheric parameters. Simulation results in marginal ice areas also show that the atmospheric and surface effects tend to degrade the accuracy at low sea ice concentration. FY ice concentration is overestimated and MY ice concentration is underestimated in the presence of atmospheric water and surface wind at low ice concentration. In particular, our results suggest that strong surface wind is more important than atmospheric water in contributing to the retrieval errors of total ice concentrations over marginal ice zones.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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