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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
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Einführung:
Wind und Seegang
aus Satelliten Radarbilder 1
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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
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www.DLR.de/fl • Folie 4 > Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum
Satellites: X-band SAR (synthetic aperture radar)
TerraSAR-X and TanDEM-X.
2007
2010
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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
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Zeitserie AIS Tracks über TerraSAR-X Stripmap in der Deutschen Bucht
Polizei
Cargo
Fischer
Lotze
Windpark
Tanker
Schiffe
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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
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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
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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
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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%
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5km
TerraSAR-X Strimap 23.09.2012
10km
Stripmap: Offshore Windpark ALPHA VENTUS
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10km
P1 P2
Stripmap: Offshore Windpark ALPHA VENTUS
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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
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TerraSAR-X Wide ScanSAR
29.03.2013 17:10 UTC
Wide ScanSAR: Deutsche Bucht
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Seegang
XWAVE-2 3
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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,
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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
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www.DLR.de/fl • Folie 18 > Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum
Seegang aus TerraSAR-X Produkte: Vergleich zu Messung und Modellergebnissen
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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.
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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“
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Eine Videoaufnahme vom Helikopterdeck der FiNO-1 Plattform am 05.01.2012
Extreme Ereignisse in der Deutschen Bucht, 05.01.2012
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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“
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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“
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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“
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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
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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“
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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)