Estimation of surface roughness in a semiarid region from C-band ERS-1 synthetic aperture radar data

Abstract

In this study, we investigated the feasibility of using the C-band European Remote Sensing Satellite (ERS-1) synthetic aperture radar (SAR) data to estimate surface soil roughness in a semiarid rangeland. Radar backscattering coefficients were extracted from a dry and a wet season SAR image and were compared with 47 in situ soil roughness measurements obtained in the rocky soils of the Walnut Gulch Experimental Watershed, southeastern Arizona, USA. Both the dry and the wet season SAR data showed exponential relationships with root mean square (RMS) height measurements. The dry C-band ERS-1 SAR data were strongly correlated (R² = 0.80), while the wet season SAR data have somewhat higher secondary variation (R² = 0.59). This lower correlation was probably provoked by the stronger influence of soil moisture, which may not be negligible in the wet season SAR data. We concluded that the single configuration C-band SAR data is useful to estimate surface roughness of rocky soils in a semiarid rangeland.Neste estudo, analisou-se a relação entre dados de radar de abertura sintética (banda C, satélite ERS-1 - European Remote Sensing Satellite) e medidas de rugosidade do terreno numa região semi-árida do Arizona, EUA. Os coeficientes de retroespalhamento obtidos de imagens das épocas seca e chuvosa foram comparados com 47 medidas de rugosidade do terreno obtidas da Microbacia do Walnut Gulch, localizado no sudeste do estado do Arizona, EUA. Foi observada correlação exponencial entre dados de radar da época seca e medidas de rugosidade (R² = 0,80). Com relação aos dados de radar da época chuvosa, também foi observada correlação exponencial, porém com dispersão maior de pontos (R² = 0,59). Esta correlação mais baixa deveu-se, provavelmente, à maior influência da umidade de solo nos processos de retroespalhamento na banda C, na época chuvosa. Os resultados deste experimento indicaram que dados de radar na banda C são promissores quanto à estimativa de rugosidade de terreno em regiões semi-áridas.