Raquel Niclòs obtained the
B. S. degree in physics from the University of Valencia in 2000. Since then,
she is a research fellow of the Remote Sensing Unit in this University’s
Thermodynamics Department. She received her M. S. degree in 2002 because of her
work about the Sea Surface Temperature (SST) determination within the SMOS
Mission of ESA, and her current Thesis research is focused on this issue. She
has taken part in all this Unit last projects and experimental campaigns to
determine the surface temperature and develop precise and reliable surface
temperature retrieval methodologies: as in WISE-2000 and WISE-2001 (WInd and
Salinity Experiment, SMOS Mission), with a methodology to obtain a
high-accuracy SST; SIFLEX-2002 (Solar Induced and FLuorescence EXperiment of
ESA), measuring the surface temperature over a canopy boreal forest target; and
the ENVISAT-AATSR (Advanced Along Track Scanning Radiometer) Validation
Campaign. Currently, she has received the Ph.D.
degree in physics from the University of Valencia (04/02/005).
The thesis title is: “Sea Surface Emissivity and Temperature determination by means of Thermal Infrared Radiometry”.
: e-mail: raqniclo@yahoo.es
Thesis
Summary - English Version
Thesis
TITLE: DETERMINATION OF THE SEA
SURFACE EMISSIVITY AND TEMPERATURE BY THERMAL RADIOMETRY.
TUTORS: Vicente Caselles Miralles y César Coll Company.
DATE:
ABSTRACT:
Sea Surface Temperature (SST) measurement from
satellite seems to be solved. However, a higher accuracy in the SST is required
nowadays to study the interchange processes produced in the sea-atmosphere
interface.
This Thesis, in the framework of the Soil Moisture and
Ocean Salinity (SMOS)
First, an operational and autonomous methodology is
proposed for the in situ SST measurement, which could be a reference for the
development and validation of these algorithms. Most of the previous works have
been using values measured by contact probes in depth, but there is a
significant difference between both temperatures due to the surface thermal
stratification and so a SST determination by thermal radiometry is required.
The methodology development begins with an analysis of each term of the sea
radiative model to establish the best measurement strategy to obtain the
maximum SST accuracy. This methodology permitted us to determine SST with an
uncertainty of ± 0.15 K during the WInd and Salinity Experiment (WISE) 2000 and
2001, carried out within the SMOS Mission.
Secondly, the Sea Surface Emissivity (SSE), which is necessary
for the SST retrieval from radiometric observations, shows physical dependences
that need an accurate characterization. Thus, angular SSE measurements were
carried out under a wide range of sea surface roughness conditions, which
allowed us to study these dependences and to analyse the soundness of the
theoretical models for SSE estimate. The model proposed by Masuda et al. (1988)
works only for observation angles up to 50º, but the Wu and Smith model (1997)
reproduces accurately SSE for any viewing geometry and surface roughness. Once
the soundness of this last model was checked as well as its mathematical
complexity, the final step was the development of a simple parametrization to
obtain the SSE as a function of the observation angle and the surface wind
speed. This operational algorithm is provided for several current satellite
sensors: AATSR-ENVISAT, AVHRR-NOAA, MODIS-EOS Aqua/Terra and SEVIRI-MSG; and
permits the SSE determination with an uncertainty lower than ± 0.1 %.
Thesis
Summary - Spanish Version
Tesis
TÍTULO: DETERMINACIÓN DE LA EMISIVIDAD Y DE LA
TEMPERATURA DE LA SUPERFICIE DEL MAR MEDIANTE RADIOMETRÍA TÉRMICA.
DIRECTORES:
Vicente Caselles Miralles y César Coll Company.
LECTURA: 4
febrero de 2005. CALIFICACIÓN: Sobresaliente
CUM LAUDE.
RESUMEN:
La medida de la temperatura de la superficie del mar (TSM) desde satélite
parecía ser un problema resuelto mediante aproximaciones que partían de la
homogeneidad para esta superficie. Sin embargo, en los últimos años han surgido
nuevas exigencias en cuanto a la precisión en la determinación de esta magnitud
clave para el estudio de los procesos de intercambio en la interfase
océano-atmósfera.
En esta Tesis Doctoral, y en el marco de la Misión Soil Moisture and Ocean
Salinity (SMOS) de la Agencia Espacial Europea, se abordan dos temas pendientes
en el campo del desarrollo de algoritmos para la determinación precisa de la
TSM a partir de observaciones desde el espacio.
Se propone, en primer lugar, una metodología operativa y autónoma para la
medida de la TSM in situ, que pueda
servir como referencia para el desarrollo y validación de dichos algoritmos.
Para ello, muchos trabajos han considerado medidas realizadas mediante sondas
de contacto a cierta profundidad, sin embargo la estratificación térmica de la
capa más superficial del océano hace que exista una discrepancia significativa
y no simple entre ambas temperaturas, apuntando a la necesidad de la medida de
la TSM mediante radiometría térmica.
La metodología propuesta parte de un análisis de las magnitudes
participantes en el modelo radiativo para la superficie del mar, con el
objetivo de establecer la mejor estrategia de medida para la obtención de la
TSM con la máxima precisión posible. Dicha metodología permitió la medida de la
TSM con una precisión de ± 0,15 K durante las campañas
WInd and Salinity Experiment (WISE) 2000 y 2001, desarrolladas en la fase
experimental de la misión SMOS.
En segundo lugar, la emisividad de la superficie del mar (ESM), magnitud
necesaria para la determinación de la TSM a partir de observaciones
radiométricas, presenta unas dependencias que, de no estar bien caracterizadas,
comportarían errores importantes en dicha temperatura. Para ello, se llevaron a
cabo medidas angulares de la ESM para diferentes estados de la rugosidad del
mar, que permitieron estudiar sus dependencias y, además, analizar la validez
de los modelos teóricos existentes para su determinación. La comparación de
estos valores experimentales con el modelo de Masuda et al. (1988) demuestra
que éste estima adecuadamente la ESM para ángulos de observación inferiores a
50º, pero la subestima para ángulos superiores. Sin embargo, el modelo de Wu y
Smith (1997), incorporando el efecto de la emisión reflejada de la propia
superficie, consigue reproducir con mayor exactitud la ESM para cualquier
geometría de observación y rugosidad de ésta. Comprobada la bondad de este
modelo, pero teniendo en cuenta su complejidad matemática, la cual dificulta
una aplicación operativa del mismo, el paso final fue el desarrollo de una
parametrización simple pero precisa para la determinación de la ESM en función
del ángulo de observación y de la velocidad del viento en superficie, la cual
consigue reproducir dicha emisividad con un error inferior a ± 0,0010. Además,
se proporcionan los coeficientes necesarios para el uso de dicha
parametrización asociada a las bandas térmicas de sensores actualmente a bordo
de satélite con posible visión para ángulos elevados: AATSR-ENVISAT,
AVHRR-NOAA, MODIS-EOS Aqua/Terra y SEVIRI-MSG. La inclusión de dicha
parametrizacion en los algoritmos de determinación de la TSM desde satélite
permitiría corregir el decrecimiento de la ESM con el ángulo de observación,
además del efecto de la rugosidad, mejorando su precisión para visiones
apartadas del nadir, tanto en algoritmos de tipo multicanal como multiangular.