A new space technology for ocean observation: the SMOS mission

Authors

  • Jordi Font SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya
  • Joaquim Ballabrera-Poy SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya
  • Adriano Camps SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona
  • Ignasi Corbella SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona
  • Núria Duffo SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona
  • Israel Duran SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona
  • Mikhail Emelianov SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona
  • Luis Enrique SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona - Institut de Ciències Fotòniques, Castelldefels
  • Pere Fernández SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona
  • Carolina Gabarró SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona
  • Cristina González SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona - Institut Català de Ciències del Clima, Barcelona
  • Verónica González SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona
  • Jérôme Gourrion SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona
  • Sébastien Guimbard SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona
  • Nina Hoareau SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona
  • Agustí Julià SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona
  • Sofia Kalaroni SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona
  • Anna Konstantinidou SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona - Hellenic Centre for Marine Research, Anavyssos
  • Alfredo L. Aretxabaleta SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona -US Geological Survey, Woods Hole, Massachusetts
  • Justino Martínez SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona
  • Jorge Miranda SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona - Dep. Teoría de la Señal y Comunicaciones, Univ. Alcalá de Henares
  • Alessandra Monerris SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona - Civil Engineering, Monash Univ., Clayton
  • Sergio Montero SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona
  • Baptiste Mourre SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona - NATO Undersea Research Centre, La Spezia
  • Miriam Pablos SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona
  • Fernando Pérez SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona
  • Maria Piles SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona
  • Marcos Portabella SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona
  • Roberto Sabia SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona - ESA-ESRIN, Frascati
  • Joaquín Salvador SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona
  • Marco Talone SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona - Serco Spa, Frascati
  • Francesc Torres SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona
  • Antonio Turiel SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona
  • Mercè Vall-Llossera SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona
  • Ramón Villarino SMOS Barcelona Expert Centre, Institut de Ciències del Mar/Unitat de Tecnologia Marina, CSIC - Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona - Dept. Eng. Electrònica, Elèctrica i Automàtica, Univ. Rovira i Virgili

DOI:

https://doi.org/10.3989/scimar.03621.19K

Keywords:

remote sensing, ocean salinity, microwave radiometry, interferometry, SMOS mission, salinity maps, validation

Abstract


Capability for sea surface salinity observation was an important gap in ocean remote sensing in the last few decades of the 20th century. New technological developments during the 1990s at the European Space Agency led to the proposal of SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity), an Earth explorer opportunity mission based on the use of a microwave interferometric radiometer, MIRAS (Microwave Imaging Radiometer with Aperture Synthesis). SMOS, the first satellite ever addressing the observation of ocean salinity from space, was successfully launched in November 2009. The determination of salinity from the MIRAS radiometric measurements at 1.4 GHz is a complex procedure that requires high performance from the instrument and accurate modelling of several physical processes that impact on the microwave emission of the ocean’s surface. This paper introduces SMOS in the ocean remote sensing context, and summarizes the MIRAS principles of operation and the SMOS salinity retrieval approach. It describes the Spanish SMOS high-level data processing centre (CP34) and the SMOS Barcelona Expert Centre on Radiometric Calibration and Ocean Salinity (SMOS-BEC), and presents a preliminary validation of global sea surface salinity maps operationally produced by CP34.

Downloads

Download data is not yet available.

References

Antonov J. I., Seidov D., Boyer T.P., Locarnini R.A., Mishonov A.V., Garcia H.E., Baranova O.K., Zweng M.M., Johnson D.R. 2010. World Ocean Atlas 2009, Volume 2: Salinity. In: Levitus S. (ed.) NOAA Atlas NESDIS 69, U.S. Government Printing Office, Washington, D.C., 184 pp.

Born G.H., Dunne J.A., Lame D.B. 1979. Seasat mission overview. Science 204: 1405-1406. http://dx.doi.org/10.1126/science.204.4400.1405 PMid:17814195

Boutin J., Martin N. 2006. ARGO upper salinity measurements: Perspectives for L-band radiometers calibration and retrieved sea surface salinity validation, IEEE Geosci. Remote S. 3: 202-206. http://dx.doi.org/10.1109/LGRS.2005.861930

Boutin J., Martin N., Yin X., Font J., Reul N., Spurgeon P. 2012. First assessment of SMOS measurements over open ocean: Part II sea surface salinity. IEEE T. Geosci. Remote 50: 1662-1674. http://dx.doi.org/10.1109/TGRS.2012.2184546

Brown M.A., Torres F., Corbella I., Colliander A. 2008. SMOS calibration. IEEE T. Geosci. Remote 46: 646-658. http://dx.doi.org/10.1109/TGRS.2007.914810

Camps A., Font J., Vall-llossera M., Gabarró C., Corbella I., Duffo N., Torres F., Blanch S., Aguasca A., Villarino R., Enrique L., Miranda J., Arenas J.J., Julià A., Etcheto J., Caselles V., Weill A., Boutin J., Contardo S., Niclòs R., Rivas R., Reising S.C., Wursteisen P., Berger M., Martín-Neira M. 2004. The WISE 2000 and 2001 field experiments in support of the SMOS mission: sea surface L-band brightness temperature observations and their application to sea surface salinity retrieval. IEEE T. Geosci. Remote 42: 804-823. http://dx.doi.org/10.1109/TGRS.2003.819444

Chic O., Font J., Sandven S. 1997. ERS-2 SAR near real time data used in the sampling strategy of an oceanographic cruise in the western Mediterranean. In: Guyenne T.D., Danesy D. (eds.), Space at the service of our environment. 3rd ERS-1 Symposium, ESA Publication SP-414, pp. 1433-1438.

Corbella I., Duffo N., Vall-llossera M., Camps A., Torres F. 2004. The visibility function in interferometric aperture synthesis radiometry. IEEE T. Geosci. Remote 42: 1677-1682. http://dx.doi.org/10.1109/TGRS.2004.830641

Drinkwater M., Kerr Y.H., Font J., Berger M. 2009. Exploring the water cycle of the blue planet. The Soil Moisture and Ocean Salinity mission. ESA Bull-Eur Space 137: 6-15.

Font J., Lagerloef G.S.E., Le Vine D.M., Camps A., Zanifé O.Z. 2004. The determination of surface salinity with the European SMOS space mission. IEEE T. Geosci. Remote 42: 2196-2205. http://dx.doi.org/10.1109/TGRS.2004.834649

Font J., Camps A., Ballabrera-Poy J. 2008. Microwave aperture synthesis radiometry: Setting the path for operational sea salinity measurement from space. In: Barale V., Gade M. (eds.), Remote sensing of European seas. Springer-Verlag, pp. 223-238. http://dx.doi.org/10.1007/978-1-4020-6772-3_17

Font J., Camps A., Borges A., Martín-Neira M., Boutin J., Reul N., Kerr Y.H., Hahne A., Mecklenburg S. 2010. SMOS: The challenging measurement of sea surface salinity from space. P. IEEE 98: 649-665. http://dx.doi.org/10.1109/JPROC.2009.2033096

Font J., Boutin J., Reul N., Spurgeon P., Ballabrera-Poy J., Chuprin A., Gabarró C., Gourrion J., Hénocq C., Lavender S., Martin N., Martínez J., McCulloch M., Meirold-Mautner I., Mugérin C., Petitcolin F., Portabella M., Sabia R., Talone M., Tenerelli J., Turiel A., Vergely J.L., Waldteufel P., Yin X., Zine S., Delwart S. 2012. SMOS first data analysis for sea surface salinity determination. Int. J. Rem. Sens. (in press). http://dx.doi.org/10.1080/01431161.2012.716541

Gower J.F.R. 2010. Oceans from space, a once-a-decade review of progress: Satellite oceanography in a changing world. In: Barale V., Gower J.F.R., Alberotanza L. (eds.), Oceanography from Space. Springer Science+Business Media B.V., pp. 1-12.

Guimbard S., Gourrion J., Portabella M., Turiel A., Gabarró C., Font J. 2012. SMOS semi-empirical ocean forward model adjustment. IEEE Trans. Geosci. Remote 50: 1676-1687. http://dx.doi.org/10.1109/TGRS.2012.2188410

Hurlburt H.E., Brassington G.B., Drillet Y., Kamachi M., Benkiran M., Bourdallé-Badie R., Chassignet E.P., Jacobs G.A., Le Galloudec O., Lellouche J.M., Metzger E.J., Oke P.R., Pugh T.F., Schiller A., Smedstad O.M., Tranchant B., Tsujino H., Usui N., Wallcraft A.J. 2009. High-resolution global and basin-scale ocean analyses and forecasts. Oceanography 22: 110-127. http://dx.doi.org/10.5670/oceanog.2009.70

Kerr Y.H., Waldteufel P., Wigneron J.P., Martinuzzi J.M., Font J., Berger M. 2001. Soil moisture from space: the Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS) mission. IEEE T. Geosci. Remote 39: 1729-1735. http://dx.doi.org/10.1109/36.942551

Kerr Y.H., Waldteufel P., Wigneron J.P., Delwart S., Cabot F., Boutin J., Escorihuela M.J., Font J., Reul N., Gruhier C., Juglea S.E., Drinkwater M.R., Hahne A., Martín-Neira M., Mecklenburg S. 2010. The SMOS mission: New tool for monitoring key elements of the global water cycle. P. IEEE 98: 666-687. http://dx.doi.org/10.1109/JPROC.2010.2043032

Klein L.A., Swift C.T. 1977. Improved model for dielectric constant of sea-water at microwave frequencies. IEEE T. Antenn. Propag. 25: 104-111. http://dx.doi.org/10.1109/TAP.1977.1141539

Lagerloef G.S.E. 2001. Satellite Measurements of Salinity. In: Steele J., Thorpe S., Turekian K. (eds.) Encyclopedia of Ocean Sciences. Academic Press, pp. 2511-2516. http://dx.doi.org/10.1006/rwos.2001.0345

Lagerloef G.S.E., Colomb F.R., Le Vine D.M., Wentz F., Yueh S.H., Ruf C., Lilly J., Gunn J., Chao Y., deCharon A., Feldman G., Swift C.T. 2008. The Aquarius/SAC-D mission designed to meet the salinity remote sensing challenge. Oceanography 21: 68-81. http://dx.doi.org/10.5670/oceanog.2008.68

Lagerloef G.S.E., Boutin, J. Chao Y., Delcroix T., Font J., Niiler N., Reul N., Riser S., Schmitt R., Stammer D., Wentz F. 2010. Resolving the global surface salinity field and variations by integrating satellite and in situ observations. In: Hall J., Harrison D.E., Stammer D. (eds.), Proceedings of OceanObs'09: Sustained Ocean Observations and Information for Society (Vol. 2), ESA Publication WPP-306 II-1-51

Lagerloef G.S.E., Font J. 2010. SMOS and Aquarius/SAC-D missions: The era of spaceborne salinity measurements is about to begin. In: Barale V., Gower J.F.R., Alberotanza L. (eds.), Oceanography from Space. Springer Science+Business Media B.V., pp. 35-58.

Lahtinen J., Gasiewski A.J., Klein M., Corbella I. 2003. A calibration method for fully polarimetric microwave radiometers. IEEE T. Geosci. Remote 41: 588-602. http://dx.doi.org/10.1109/TGRS.2003.810203

LeVine D.M., Good J.C. 1983. Aperture synthesis for microwave radiometers in space. NASA Technical memorandum 85033.

Martín-Neira M., Goutoule J.M. 1997. A two-dimensional aperture-synthesis radiometer for soil moisture and ocean salinity observations. ESA Bull-Eur Space 92: 95-104.

Martín-Neira M., Ribó S., Martín-Polegre A.J. 2002. Polarimetric mode of MIRAS. IEEE T. Geosci. Remote 40: 1755-1768. http://dx.doi.org/10.1109/TGRS.2002.802489

McMullan K., Brown M., Martín-Neira M., Rits W., Ekholm S., Marti J., Lemanzyk J. 2008. SMOS: The payload. IEEE T. Geosci. Remote 46: 594-605. http://dx.doi.org/10.1109/TGRS.2007.914809

Reul N., Tenerelli J., Chapron B. Fournier S., Paul F. 2011. First Sea Surface Salinity products from SMOS Generated at the Centre Aval de Traitement des Données SMOS. Presented at SMOS Science Workshop, 27-29 September 2011, Arles, France. PMCid:3158237

Robinson A.R. (ed.) 1983. Eddies in Marine Science, Springer-Verlag, 609 pp. http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-69003-7

Ruf C.S., Swift C.T., Tanner A.B., Le Vine D.M. 1988. Interferometric synthetic aperture microwave radiometry for the remote sensing of the Earth. IEEE T. Geosci. Remote 26: 597-611. http://dx.doi.org/10.1109/36.7685

Salvador J., Fernández P., Julià A., Font J., Pelegrí J.L. 2010. A new buoy for measurement and real time transmission of surface salinity. Rapp. Comm. Int. Mer Medit.39: 176.

Silvestrin P., Berger M., Kerr Y.H., Font J. 2001. ESA's second Earth Explorer Opportunity Mission: The Soil Moisture and Ocean Salinity mission - SMOS. IEEE Geosc. Rem. Sens. Newsl. 118: 11-14.

Smith N., Lefèbvre M. 1997. The Global Ocean Data Assimilation Experiment (GODAE). Presented at International Symposium Monitoring the Oceans in the 2000s: An Integrated Approach, 15-17 October 1997, Biarritz, France.

Srokosz M.A. 1995. Ocean surface salinity - the why, what and whether. In: Guyenne T.D. (ed.) Proc. Consultative Meeting on Soil Moisture and Ocean Salinity Measurement Requirements and Radiometer Techniques (SMOS), ESA Publication WPP-87, pp. 49-56.

Swift C.T., McIntosh R.E. 1983. Considerations for microwave remote sensing of ocean surface salinity. IEEE T. Geosci. Remote 21: 480-491. http://dx.doi.org/10.1109/TGRS.1983.350511

Turiel A., Nieves V., García-Ladona E., Font J., Rio M.H., Larnicol G. 2009. The multifractal structure of satellite sea surface temperature maps can be used to obtain global maps of streamlines. Ocean Sci. 5: 447-460. http://dx.doi.org/10.5194/os-5-447-2009

Yueh S.H., West R., Wilson W.J., Li F.K., Njoku E.G., Rahmat-Samii Y. 2001. Error sources and feasibility for microwave remote sensing of ocean surface salinity. IEEE T. Geosci. Remote 39: 1049-1060. http://dx.doi.org/10.1109/36.921423

Zine S., Boutin J., Font J., Reul N., Waldteufel P., Gabarró C., Tenerelli J., Petitcolin F., Vergely J.L., Talone M., Delwart S. 2008. Overview of the SMOS sea surface salinity prototype processor. IEEE T. Geosci. Remote 46: 621-645. http://dx.doi.org/10.1109/TGRS.2008.915543

Downloads

Published

2012-09-30

How to Cite

1.
Font J, Ballabrera-Poy J, Camps A, Corbella I, Duffo N, Duran I, Emelianov M, Enrique L, Fernández P, Gabarró C, González C, González V, Gourrion J, Guimbard S, Hoareau N, Julià A, Kalaroni S, Konstantinidou A, Aretxabaleta AL, Martínez J, Miranda J, Monerris A, Montero S, Mourre B, Pablos M, Pérez F, Piles M, Portabella M, Sabia R, Salvador J, Talone M, Torres F, Turiel A, Vall-Llossera M, Villarino R. A new space technology for ocean observation: the SMOS mission. scimar [Internet]. 2012Sep.30 [cited 2021Jan.20];76(S1):249-5. Available from: http://scientiamarina.revistas.csic.es/index.php/scientiamarina/article/view/1374

Issue

Section

Articles

Most read articles by the same author(s)

1 2 > >>