SAR Maritime Applications

Susanne Lehner, Andrey Pleskachevsky

Meteo-marine Parameter

aus Radarsatellitendaten

1. Einführung

2. Wind über offshore Windparks

3. Seegang und Brandung

4. Extrem hoher Seegang

Maritime Security and Safety Lab Forschungsstelle Maritime Sicherheit DLR BF IMF OP DLR Bremen Flughafen, Institut für Methodik der Fernerkundung, Oberpfaffenhofen

Einführung:

Wind und Seegang

aus Satelliten Radarbilder 1

www.DLR.de/fl • Folie 3 > Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum

Maritime Security and Safety Lab Forschungsstelle Maritime Sicherheit DLR BF IMF OP DLR Bremen Flughafen, Institut für Methodik der Fernerkundung, Oberpfaffenhofen

seit 01.07.2013

Forschungsstelle Maritime Sicherheit

Bremen

www.DLR.de/fl • Folie 4 > Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum

Satellites: X-band SAR (synthetic aperture radar)

TerraSAR-X and TanDEM-X.

2007

2010

2007

2010

Satellites: X-band SAR (synthetic aperture radar)

TerraSAR-X und TanDEM-X.

Stripmap 30km ScanSAR 100km Wide ScanSAR 250km SpotLight 10km

1m Auflösung

3m Auflösung

16m Auflösung

35m Auflösung

10km

- Radarsignal durchdring die Wolken - Sonnenbeleuchtung spielt keine Rolle

Flughöhe: 514km

Geschwindigkeit: 7km/s, 15 Orbit/Tag, Wiederholung 11 Tage

Sensor: X-band SAR, Wellenlänge 31mm

Wide ScanSAR: 35m resolution StripMap: 3m resolution

Zeitserie AIS Tracks über TerraSAR-X Stripmap in der Deutschen Bucht

Polizei

Cargo

Fischer

Lotze

Windpark

Tanker

Schiffe

Neuentwicklungen: Wind und Seegang aus TerraSAR-X Produkten

TerraSAR-X StripMap Image

Sub-Szene

Neue empirischer Algorithmus XWAVE-2

Seegang

SEEGANG

TerraSAR-X

Kieler Bucht

Windrichtung

SAR Image Kalibration

NRCS GMF

Streaks 2D-FFT,…),

Interpolation

Einfallswinkel

Windfeld

WIND Neue nichtlineare Geophysikalische ModellFunktion XMOD-2

Synergie

www.DLR.de/fl • Folie 8 > Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum

Wind und Seegang aus TerraSAR-X Produkten

TerraSAR-X 1 Stripmap 30km x 50km 21.11.2013 Deutsche Bucht

Wangerooge Spiekeroog Langeoog

Hs = 0.6 m U10 = 7.4 m/s

Flu

g

Wind über Nordsee und offshore Windparks

XMOD-2 2 PUBLICATIONS:

Algorithm for sea surface wind retrieval from TerraSAR-X and TanDEM-X data (2013)

Li, X.-M. and S. Lehner, Transactions on Geoscience and Remote Sensing

Observation of TerraSAR-X for Studies on Offshore Wind Turbine Wake in Near and Far Fields (2013):

Li, X.-M. and S. Lehner, IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN APPLIED EARTH OBSERVATIONS

AND REMOTE SENSING, VOL. 6, NO. 3, JUNE 2013

TS-X Stripmap Bild (32km×41km)

07.09.2011 17:18 UTC

„Alpha Ventus“ Windpark

Wind Farm „Alpha Ventus“

Stripmap: Offshore Windpark ALPHA VENTUS

DWD Wind TerraSAR-X Wind

15km

~20%

5km

TerraSAR-X Strimap 23.09.2012

10km

Stripmap: Offshore Windpark ALPHA VENTUS

10km

P1 P2

Stripmap: Offshore Windpark ALPHA VENTUS

ScanSAR: Sturm in der Nordsee am 23. Mai 2013

TS-X ScanSAR Image: 06:24 und 06:25 UTC DWD EWAM Modell : 06:00 UTC

06:24 UTC

06:25 UTC

TerraSAR-X Wide ScanSAR

29.03.2013 17:10 UTC

Wide ScanSAR: Deutsche Bucht

Seegang

XWAVE-2 3

Seegangparameters aus Hochaufgelösten

TS-X SAR Images: XWAVE empirischer Algorithmus

Parameters:

Hs, Lp,Tp…

XWAVE-2

Function

TS-X Stripmap Tuning:

- Kollokierte Bojen Messungen

- WaMoS-II (Wave Monitoring System),

- Radaraltimeter Daten,

- DWD wave hindcast model results

sub-scene

Deutsche Bucht

sub-scene

1.5km x 1.5km

FFT

Integration

PUBLICATION:

Coastal wave field extraction using TerraSAR-X data (2013)

M. Bruck and S. Lehner,

J. Appl.Remote Sens.,vol.7,no.1, pp.073694–073694,

www.DLR.de/fl • Folie 17 > Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum

German Bight

TS-X Stripmap 09.12.2011 5:42 UTC

Integrated Sea State parameters from high resolution TS-X SAR images: XWAVE empirical algorithm

buoy

Wellenhöhe

www.DLR.de/fl • Folie 18 > Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum

Seegang aus TerraSAR-X Produkte: Vergleich zu Messung und Modellergebnissen

Extreme Ereignisse

in der Deutschen Bucht 4 Publication:

Storm Observations by Remote Sensing and Influences of Gustiness on Ocean

Waves and on Generation of Rogue Waves (2012):

Pleskachevsky, A., Lehner, S., and W. Rosenthal

Ocean Dynamics, Sept. 2012, Volume 62, Issue 9, pp. 1335-1351.

Alpha Ventus:

Offshore Windpark in der Nordsee

FiNO-1 Forschungsplattform

Sturm “Britta” am 01.11.2006 um ~04:00 UTC

Schaden in 16m über NN

Eine Gruppe von drei Riesenwellen

Extreme Ereignisse in der Deutschen Bucht, Sturm „Britta“

Eine Videoaufnahme vom Helikopterdeck der FiNO-1 Plattform am 05.01.2012

Extreme Ereignisse in der Deutschen Bucht, 05.01.2012

Alpha Ventus:

Offshore Windpark in der Nordsee

FiNO-1 Forschungsplattform

Sturm Britta 31.10.2006-01.11.2006

FiNO-1

Signifikante Wellenhöhe, m 03:00 UTC, WAM Modell, GKSS

Seegangvorhersage: Ergebnisse einer numerischen Simulation

Maximale vorhergesagte signifikante Wellenhöhe um ~11m

Extreme Ereignisse in der Deutschen Bucht, Sturm „Britta“

Simultan aufgenommen: Optisches und Radar Bilder (ENVISAT) während des Sturmes "Britta"

Radar: Wind an der Oberfläche OPTIK: Wolkenstrukturen

offene atmosphärische Zellen

Extreme Ereignisse in der Deutschen Bucht, Sturm „Britta“

Simultan aufgenommen: Optisches und Radar Bilder (ENVISAT) während des Sturmes "Britta"

Radar: Wind an der Oberfläche OPTIK: Wolkenstrukturen

offene atmosphärische Zellen

Einfluss der einzelnen Zelle auf die signifikante Wellenhöhe,m

Extreme Ereignisse in der Deutschen Bucht, Sturm „Britta“

SAR Aufnahmen ENVISAT am November 1, 2006 um 10:26 UTC und ERS-2 um 10:55:27 UTC (in ~30 Minuten)

Böe 2

Böe 2 in 30min

Böe 1

Böe 1 in 30min

Ausbreitung der Windböen beobachtet mit unterschiedlichen Satelliten

Standarte

Vorhersage

Hs~11m

Lokale Erhöhung

durch Zelleneinfluss

Hs~16m

~20min

~3km

North Sea 3-D Wellenhöhe Differenz, m (mit-ohne Zellen)

Die Parameter der beobachteten „offenen Zellen“ wurden für Seegangsimulationen eingesetzt.

Sturm Britta

Extreme Ereignisse in der Deutschen Bucht, Sturm „Britta“

Processes observed

Wind Sea State Oil

Land-Water Line

Ships Bathymetry

by wave refraction Wave breaking

Surface Currents Ice and Icebergs

Maritime Security and Safety Lab DLR BF (Bremen Flughafen)