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Z. Bartalis:
"Spaceborne Scatterometers for Change Detection over Land";
Betreuer/in(nen), Begutachter/in(nen): W. Wagner, N. Verhoest; Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung Institut für Geoinformation und Kartographie der Technischen Universität Wien, 2010; Rigorosum: 14.01.2010.

Untersuchungen der Erdoberfläche mit Scatterometern erlangen in der Mikrowellenfernerkundung
einen immer größeren Stellenwert. Vor diesem Hintergrund
muss festgestellt werden, dass ein zeitnaher Zugriff auf global verfügbare
geophysikalische Parameter wie beispielsweise Bodenfeuchte oder Biomasse
unumgänglich und essenziell für hydrologische und klimatologische Studien
ist. Ein typisches Beispiel für die Ableitung geophysikalischer Parameter aus
orbitgestützten Scatterometerdaten bietet die derzeitigeMethodik zur Extraktion
von Bodenfeuchteinformationen, die am Institut für Photogrammetrie und
Fernerkundung (i.p.f.) der Technischen Universität Wien entwickelt wurde. Dabei
werden die Bodenfeuchtedaten aus C-Band Scatterometerdaten der European
Remote Sensing Satellites ers-1 und ers-2 abgeleitet. Durch den an Bord
der Metop-Satellitenfamilie eingebauten Advanced Scatterometer (ascat) ist eine
operationelle Kontinuität derMethodik gegeben.
Zudem liefert der SeaWinds-Scatterometer an Bord des Satelliten QuikSCAT
Daten in einem zusätzlichen Wellenlängenbereich (Ku-Band) und einer kontinuierlichen
360± azimuthal orientieren Blickrichtung. Jeder Versuch, aus diesen
Sensoren (möglichst globale) geophysikalische Parameter der Landoberflächen
abzuleiten, sieht sich aufgrund des spezifischen Rückstreuverhaltens verschiedener
Landbedeckungskategorien und Klimate mit einer Reihe von Problemen
konfrontiert. Die vorliegende Dissertation verfolgt mehrere Zielsetzungen.
Anfangs wird auf die Grundlagen der Radarfernerkundung im Allgemeinen
und auf die der Scatterometrie im Speziellen eingegangen, und das unter
besonderer Berücksichtigung des Instrumentendesigns und Funktionalität,
der räumlichen und zeitlichen Datenabdeckung, der Datenprozessierung, -kalibrierung
und -validierung sowie möglicher Synergien zwischen den ers-, ascatund
SeaWinds-Instrumenten. In einem zweiten wichtigen Punkt wird auf den
Verbesserungsbedarf zweier derzeitiger Problempunkte bei der Bodenfeuchteableitung
eingegangen. Dabei handelt es sich zumeinen um dieWahl eines neuen
diskreten geodätischen Gitternetz, um den Anforderungen der ascat-Daten
im Bodenfeuchteprozessor Rechnung zu tragen.DesWeiteren wird dabei auf die
Korrektur von Azimuthaleffekten in den Rückstreudaten des Scatterometers zur
Verbesserung der Bodenfeuchteableitung in einigen problematischen Gebieten
eingegangen. Ein drittes Ziel dieser Arbeit ist die Darlegung des eigentlichen
Bodenfeuchtealgorithmus unter Einbeziehung der zuvor genannten Verbesserungsvorschläge und der notwendigen Anpassung des ascat-Prozessors für die
nahezu in Echtzeit erfolgende Datenverarbeitung. Die vierte und damit letzte
Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist die Bewertung der absoluten und relativen
Kalibrierung der beiden Instrumentengenerationen (ers und ascat),welche
für Bereitstellung langfristiger, einheitlicher und konsistenter Rückstreu- und
Bodenfeuchtedatensätze von großer Bedeutung ist.

Studies of the Earth´s land surface involving scatterometers are becoming an
increasingly important application field of microwave remote sensing. In this
respect, the global and real time access to geophysical parameters such as soil
moisture or biomass proves to be necessary and often critical in many hydrological
and climatological applications. A typical example of geophysical parameter
retrieval using spaceborne scatterometers is the recent method of deriving
soil moisture developed at the Institute of Photogrammetry and Remote Sensing
(i.p.f.) of Vienna University of Technology. The derived soil moisture time
series are based on data from the C-band scatterometers onboard the European
Remote Sensing Satellites ers-1 and ers-2. An interesting aspect of this work is
the operational continuity the ers scatterometers have found in the Advanced
Scatterometers (ascat) flown onboard theMetop series of satellites.
In addition to the above instruments, the SeaWinds scatterometer onboard
the QuikSCAT satellite offers an additional wavelength (Ku-band) and a 360±
continuous azimuthal viewing direction range. Any attempt to use these instruments
to retrieve (preferably global) geophysical parameters over land is confronted
with a series of complications and pitfalls arising from the very special
regime of backscatter behaviour for many land cover types and climates.
The present dissertation has several objectives. Firstly, it describes the basics
of radar remote sensing in general and scatterometers in particular, in terms
of instrument design, functionality, data coverage, processing, calibration and
validation, as well as the synergies between the ers, ascat and SeaWinds instruments.
Secondly, two of the soil moisture algorithm issues currently requiring
improvements are addressed: the selection of a new discrete geodetic grid for
accomodating ascat data in the soil moisture processor and the characterisation
and correction of azimuthal effects observed in scatterometer backscatter,
in order to improve soil moisture retrieval in certain problematic regions. The
third objective consists in presenting the soil moisture retrieval method itself
after incorporating the above changes, as well as a new processor that has been
developed for nrt (near real-time) ascat processing. Also, some first results with
ascat soil moisture are presented. The fourth goal is to assess the absolute and
relative calibration of the two instrument generations (ers and ascat), very important
for establishing long-term, uniformand consistent datasets of backscattering
coefficients and soil moisture.

http://publik.tuwien.ac.at/files/PubDat_185550.pdf