Remote sensing of rainfall events is critical for both operational and scientific needs, including for example weather forecasting, extreme flood mitigation, water cycle monitoring, etc. Ground-based weather radars, such as NOAA's Next-Generation Radar (NEXRAD), provide reflectivity and precipitation measurements of rainfall events. However, the observation range of such radars is limited to a few hundred kilometers, prompting the exploration of other remote sensing methods, paricularly over the open ocean, that represents large areas not covered by land-based radars. For a number of decades, C-band SAR imagery such a such as Sentinel-1 imagery has been known to exhibit rainfall signatures over the sea surface. However, the development of SAR-derived rainfall products remains a challenge. Here we propose a deep learning approach to extract rainfall information from SAR imagery. We demonstrate that a convolutional neural network, such as U-Net, trained on a colocated and preprocessed Sentinel-1/NEXRAD dataset clearly outperforms state-of-the-art filtering schemes. Our results indicate high performance in segmenting precipitation regimes, delineated by thresholds at 1, 3, and 10 mm/h. Compared to current methods that rely on Koch filters to draw binary rainfall maps, these multi-threshold learning-based models can provide rainfall estimation for higher wind speeds and thus may be of great interest for data assimilation weather forecasting or for improving the qualification of SAR-derived wind field data.


翻译:降雨量的遥感对于业务和科学需要都至关重要,例如天气预报、减轻极端水灾、水循环监测等,对降雨量的遥感对于天气预测、减轻极端水灾、水循环监测等业务和科学需要都至关重要。 地基气象雷达,如诺阿的下加热雷达(NEXRAD),对降雨量事件进行反射和降水量测量;然而,这类雷达的观测范围限于几百公里,促使探索其他遥感方法,在开阔的海洋上,明显覆盖未受陆地雷达覆盖的大面积区域。 数十年来,C波段搜索和雷达图像,如Sentinel-1图像,在海面上展示降雨信号信号。然而,开发SA的降水产品仍然是一项挑战。在这里,我们提出了从SAR图像中提取降雨量信息的深层次学习方法。 我们表明,诸如U网等在共用和预处理过的Sentinel-1/NEXRAD数据集,明显不符合基于最新筛选方法的过滤计划。我们的结果表明,以1、3和10毫米/公顷的降雨量预测模型为基础,可以在目前的降水量的地面上进行分流数据升级,从而进行学习。

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