O artigo Estimating Energy Dissipation Rate from Breaking Waves Using Polarimetric SAR Images contou com a participação de pesquisadores da OBT/INPE – mestrando  Rafael Viana, pós-doutorando Jonas Carvalho e o pesquisador e orientador João Lorenzzetti – além do pesquisador Ferdinando Nunziata da Università degli Studi di Napoli Federico II.

O artigo foi publicado no periódico Sensors e está disponível para download em https://doi.org/10.3390/s20226540.

A quebra ou arrebentação de ondas na superfície do oceano desempenha um papel significativo nas trocas de energia, momentum e gases na interface entre o oceano e atmosfera. A quebra das ondas limita suas máximas alturas e, portanto, pode afetar a habilidade de previsão dos modelos numéricos operacionais de onda. O fluxo de gases do efeito estufa depende diretamente da turbulência que ocorre na superfície da água, que por sua vez depende da arrebentação das ondas. A quebra das ondas também produz uma camada de espuma na superfície, promove a mistura das águas próximas à superfície e potencializa a inserção de bolhas de ar nas camadas superficiais do oceano. Deste modo, a arrebentação das ondas influencia também as estimativas das propriedades ópticas inerentes do oceano e a interpretação dos dados de cor do oceano por sensoriamento óptico. A quebra de ondas também influencia a obtenção por satélite do campo de vento em superfície ao gerar uma maior rugosidade na superfície do oceano. Finalmente, a parametrização da cobertura de espuma sobre o oceano serve como uma primeira etapa na modelagem de gotículas de spray marinho como uma fonte de spray marinho. Um parâmetro útil para a estimativa do processo de quebra de ondas é a taxa de dissipação de energia total, ε_t ,foco do trabalho recém publicado.

No artigo, os autores utilizaram imagens do radar de abertura sintética (SAR) polarimétrico do satélite RADARSAT-2 para estimar ε_t sob diferentes condições de vento e estado do oceano, conforme observado na Figura abaixo. A metodologia utilizada consistiu em decompor o retorno nas imagens SAR em termos de duas contribuições: uma contribuição associada à resposta do vento local, e uma contribuição associada à quebra de ondas. Foram estimados parâmetros de vento e onda a partir da contribuição associada à quebra de ondas e utilizados para calcular ε_t através de um modelo paramétrico dependente desses parâmetros.

Figura: Áreas e dados utilizados no estudo correspondentes às regiões da (esquerda) costa de Santa Bárbara (Califórnia, EUA); (direita e superior) Golfo do México; e (direita e inferior) região offshore de Santos-SP.

Os resultados obtidos no artigo mostraram-se satisfatórios para estimar a taxa total de dissipação de energia para condições de vento leve a moderado (ventos abaixo 10 m s^{– 1}) com uma resolução espacial de até 500m, uma condição ambiental para a qual os métodos atuais utilizando SAR polarimétrico não estimam ε_t adequadamente.

Os autores esperam que com o advento de um maior número de sensores SAR polarimétricos em operação nos próximos anos, a metodologia possa ser aplicada em larga escala e utilizando também diferentes frequências SAR, gerando assim estudos mais aprofundados sobre a distribuição espaço-temporal do processo de quebra em alta resolução espacial.

Figura: Relação entre a taxa de dissipação de energia total estimada a partir dos dados SAR versus o vento local (U₁₀), medidos em bins de 0,5 m s^-1 da velocidade do vento. Círculos azuis com barras verticais são os valores médios e percentis de 5% e 95%. Duas parametrizações de ε_t em função da velocidade do vento são mostradas, HP99 (curva vermelha) e HS08 (curvas azuis). Estimativas obtidas in situ também são utilizadas para comparação FM95 (quadrados brancos) e BM18 (triângulos vermelhos).