Evaluation of SAR systems for hydrological monitoring of wetlands in the Paraná River delta

Abstract

[ES] En este estudio se evaluaron distintos esquemas de adquisición de sistemas de radar de apertura sintética (SAR), considerando variaciones en la longitud de onda, la polarización y el ángulo de incidencia para el monitoreo hidrológico de los ecosistemas de humedal del interior de las islas del delta del río Paraná. Con este propósito, se analizaron las variaciones de la señal retrodispersada del centro de las islas dominado por cortadera (Scirpus giganteus) a partir de tres series temporales de imágenes de las misiones satelitales Sentinel-1 y ALOS-2 (con dos ángulos de incidencia), en relación con las fluctuaciones ordinarias de las condiciones de anegamiento. El nivel de inundación del humedal correspondiente a cada adquisición satelital se estimó a partir de un modelado hidrométrico calibrado con registro de levelogger propios. Dado que la señal retrodispersada en ambientes de humedal está influenciada por múltiples factores: (1) variaciones en el nivel de agua y saturación del suelo, (2) rugosidad superficial, y (3) estado fenológico de la vegetación; se aplicaron modelos aditivos generalizados (GAM) para analizar la influencia de estos factores en la variabilidad de la señal retrodispersada en cada configuración de adquisición satelital. Los resultados de esta investigación indican que la configuración más adecuada para el monitoreo de la dinámica hidrológica de los humedales del delta del río Paraná corresponde a la señal en banda L, con polarización HH y ángulos de incidencia más empinados. Esto se debe a que la combinación de la banda L con ángulos de incidencia bajos permite una mayor penetración de la señal a través de la cobertura vegetal de las cortaderas, aportando información más sensible del estado de inundación del humedal.

[EN] In this study, different acquisition configurations of Synthetic Aperture Radar (SAR) systems were evaluated for hydrological monitoring of wetland ecosystems located in the inner islands of the Paraná River Delta, considering variations in wavelength, polarization, and incidence angle. For this purpose, we analyzed the variations of the backscattered signal in island cores dominated by cortadera (Scirpus giganteus) using three temporal series of ALOS-2 and Sentinel-1 satellite imagery, in relation to ordinary fluctuations in inundation conditions. The wetland water level associated with each satellite acquisition was estimated through a hydrometric model calibrated with in-situ levelogger records. The results of this research indicate that the most suitable configuration for monitoring the hydrological dynamics of the Paraná River Delta wetlands corresponds to L-band SAR, with HH polarization and steeper incidence angles. This is because the combination of L-band with low incidence angles enhances penetration of the  signal through cortadera vegetation, providing information more sensitive  to inundation conditions within the wetland. Since the backscattered signal in wetland environments is influenced by multiple factors (1) water level and soil saturation, (2) surface roughness, and (3) vegetation phenological state generalized additive models (GAM) were applied to analyze how these factors contribute to the variability of the backscattered signal for each satellite acquisition configuration.