Análise de imagens termais AVHRR utilizando transformada de Fourier e ondaletas para determinação de padrões em vórtices e meandros

Abstract

O estudo de séries temporais de dados ambientais, em determinadas situações, requer o uso de técnicas para identificação de padrões ou periodicidades que porventura possam ocorrer. As técnicas de processamento de sinais são ferramentas muito utilizadas na análise de variáveis ambientais, tais como precipitação, temperatura, entre outras. O trabalho em questão objetiva avaliar a adaptação da Transformada de Fourier para análise de sinal no domínio do espaço. Utilizando imagens de Temperatura da Superfície do Mar (TSM), obtidas por meio dos sensores AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer), frentes térmicas, na borda Oeste da Corrente do Brasil (CB), foram digitalizadas. Em seguida, as distâncias entre os pontos da frente da CB e as isóbatas de 200 m e 1000 m foram calculadas. A Corrente do Brasil é uma corrente de contorno Oeste, que surge da bifurcação da Corrente Sul Equatorial, em nível superficial, nas proximidades de 10o S, fluindo em seguida para o Sul. Nas proximidades do Cabo de São Tomé e Cabo Frio observam-se intensas feições de mesoescalas, representadas pelos meandros e vórtices. A aplicação da FFT (Fast Fourier Transform) objetivou identificar, quantitativamente, os espectros de amplitudes significativos de meandramento da CB. Assim, procura-se fornecer subsídios para entendimento dos fenômenos físicos responsáveis pelo aparecimento dessas feições. Os resultados revelaram que a aplicação da FFT mostrou-se consistente para a identificação dos espectros de amplitude da frente da CB. No entanto, avaliou-se que, para feições de baixa freqüência a FFT, nesse caso, mostrou-se limitada, em função da resolução espectral insuficiente para números de onda (K) muito pequenos. Realizaram-se testes com análise de ondaletas para avaliar seu potencial na identificação dos comprimentos de onda de interesse. Outro aspecto, relaciona-se com o emprego de técnicas de remoção de nuvens, para aumentar o índice de aproveitamento das imagens.

In certain circumstances, the temporal series study of environmental data requires the use of techniques for the identification of potential patterns or periodicities. The signal processing techniques are much used tools in the analysis of environmental variables such as precipitation and temperature, among others. The present work aims to assess the adjustment of the Fourier Transform to analyze the dominance of space. Using the images from the Sea Surface Temperature (SST), attained by means of AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) sensors, thermal fronts at the western border of the Brazilian Current (BC) were digitalized. Afterward, the distances between the points along the BC and along the 200 m depth were calculated. The BC is an western current that arises from the bifurcation of the South Equatorial Current, at a superficial level, around 10o S, which then flows southward. In the proximities of São Tomé cape and Cabo Frio, one can observe intense mesoscale features represented by meanders and eddies. The FFT (Fast Fourier Transform) was applied to quantitatively identify the spectral signal of significant BC meandering amplitudes. Thus, information was sought for the understanding of the physical phenomena responsible for the appearance of such features. The FFT application proved to be consistent for the identification of the amplitude specters of the BC front. Nevertheless, it was assessed that, for particular cases of low frequency features, the FFT was noticeably limited, given that the spectral resolution which was insufficient for small (K) wave numbers. Wavelet analysis tests were carried out to evaluate their potential to identify wavelengths of interest. Another aspect concerns the employment of cloud removal techniques to increase the image improvement index.