Study of salinity retrieval errors for the SMOS mission

Abstract

El treball realitzat en aquesta tesi està emmarcat en la missió SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) de l'Agència Espacial Europea. El satèl·lit es llançarà al febrer del 2007, i mesurarà la salinitat superficial del mar i la humitat del sòl. L'instrument (MIRAS) consisteix en un radiòmetre interferomètric en banda L (1.400-1.430 GHz). Serà la primera vegada que es posarà en òrbita un instrument d'aquestes característiques i que es mesuraran aquests paràmetres. No obstant encara son molts els aspectes científics que queden per resoldre. Aquesta tesi, doncs, ha intentat abordar alguns del temes oberts en la recuperació de la salinitat a partir de les mesures de SMOS.<br/><br/>La sensibilitat de la temperatura de brillantor (el què el radiòmetre mesura) a la salinitat és màxima a la freqüència de 1.4GHz, encara que aquesta no és gaire gran. Per altra banda la sensibilitat a la temperatura superficial del mar i a la rugositat és del mateix ordre de magnitud. Això implica que per tal de recuperar la salinitat amb una certa precisió, cal també conèixer aquests altres paràmetres anomenats auxiliars.<br/><br/>La recerca feta en aquesta tesi esta gairebé tota basada en dades experimentals de diferents campanyes que s'han realitzat utilitzant diferents radiòmetres en banda L, més boies i altres instruments per mesurar les variables in situ. <br/><br/>S'ha fet un estudi sobre els diferents models d'emissivitat que hi ha a l'actualitat. Aquests models tant teòrics com semi-empírics, s'han utilitzat per recuperar la salinitat de la temperatura de brillantor mesurada. Aquesta salinitat recuperada s'ha comparat amb les dades de salinitat adquirides in situ. Els resultats han demostrat que els models semi-empírics recuperen millor la salinitat que no pas els teòrics que s'han analitzat en aquest treball.<br/><br/>Els models actuals descriuen la rugositat del mar en funció únicament del vent actual. En alguns casos això no és correcte (mar de fons, mars no desenvolupats totalment). Així analitzant aquestes limitacions, l'autora proposa un nou model semi-empíric, derivat de dades de la campanya WISE. Aquest model descriu la temperatura de brillantor deguda a la rugositat del mar amb dos paràmetres: la velocitat del vent i l'alçada significativa de l'ona. Aquest nou model resulta ser el que recupera salinitat amb més qualitat a partir de dades radiomètriques de tres campanyes diferents, que s'han realitzat amb diferents instruments i en diferents condicions del mar. <br/><br/>Errors en els paràmetres auxiliars introdueixen força error en la salinitat recuperada, especialment els errors en la velocitat del vent. En aquesta tesi, diferents fonts de vent i onatge s'han utilitzat per recuperar la salinitat: models meteorològics i oceanogràfics i dades de satèl·lit. Utilitzant com a paràmetres auxiliars dades obtingudes de models la salinitat es recupera amb millor qualitat (probablement, perquè aquests tenen més ressolució espaial i temporal que no pas les mesures des de satèl·lit). De totes maneres aquesta conclusió no es pot extrapolar, ja que això només s'ha provat en una zona geogràfica (la Mediterrània occidental). <br/><br/>L'autora proposa obtenir aquests paràmetres auxiliars de les mateixes mesures radiomètriques, així com es fa amb la salinitat. Degut a la configuració de SMOS, cada pixel serà vist des de diferents angles d'incidència. Això ens permetrà poder recuperar més d'una variable, ja que estem tractant un sistema sobredeterminat. Així doncs el mètode d'inversió és capaç de recuperar salinitat, velocitat del vent, onatge i la temperatura superficial del mar. Ara bé, quan utilitzem mètodes d'inversió amb restriccions s'obtenen millors resultats. Així doncs, cal donar al sistema un valor de referència per cada paràmetre i el seu error. Amb aquest mètode l'error en la salinitat recuperada és de l'ordre de 0.2 psu mentre que el vent recuperat té un error d'aproximat de 1 m/s, precisió que no és possible obtenir amb cap model ni satèl·lit, simultani al pas de SMOS.