10/27/2015

1

The Application of Synthetic Aperture Radar (SAR) to 

Natural Resource Damage Assessment

George GraettingerNOAA’s Ocean Service, Office of Response & Restoration

Oil Observing Tools Training & WorkshopDisaster Response Center, Mobile, AL

October 21st, 2015

Overview:  NRDA and SAR

• OR&R and NRDA• SAR and TCNNA Processing• SAR Products

– Cumulative Composite– Cumulative Days of Oiling– Shoreline Days of Oiling– Time of Oiling

• Summary/Conclusions

10/27/2015

2

OR&R & NRDA

Response

Response(24 hours)

Recovery or Restoration 

(Years/Decades)

Assessment Restoration

Continuum of “Response” Framework for The Office of Response & Restoration

NRDA Requires Demonstration of Causality:  Oil causing injury

Source

Pathway

Exposure

Injury

10/27/2015

3

NRDA Requires Demonstration of Causality:  Oil causing injury

Source

Pathway

Exposure

Injury

NRDA Exposure from SAR

• Surface/Shoreline Oiling Extent– SAR data have been used for surface oil extent mapping for many years

– Surface oiling extent supports injury determination for multiple natural resources(Larval life stages, mammals, sargassum, turtles, etc.)

– SAR oiling features can add value to traditional assessment techniques and modeling (Operational search area, Trajectory model initialization, SCAT, pre/post oiling screening)  

10/27/2015

4

NOAA NESDIS Experimental MPSR –Anomaly Footprint

NESDIS created footprints for almost everyday of the response:186 individual imagesRepresenting 89 days

SAR Oiling Extent Analysis

• SAR Anomaly Classification Methods – NESDIS SAR analysis (analyst specific, manual)– TCNNA algorithm (semi‐automated)

• TCNNA (texture classifying neural network algorithm) developed jointly between NESDIS and FSU

• Methodology published in 2009

10/27/2015

5

SAR TCNNA Oiling Footprint

• Semi‐automated process• Detailed examination of 

environmental conditions• Use data to map low wind 

features, false positives• Help eliminate subjectivity 

of individual analyst• Expedite delivery• Oil not anomaly

SAR TCNNA Products

• SAR TCNNA Sensor Products– Daily Composites– Cumulative Composite– Cumulative Days of Oiling– Shoreline Days of Oiling– Time of Oiling

10/27/2015

6

SAR TCNNA Products:Daily Composite/Cumulative Composite

89 Daily composite oiling footprints createdfrom multiple images a day (186 total images)

SAR TCNNA Products:Cumulative SAR TCNNA Footprint

Cumulative composite oiling footprint createdfrom all 89 days (total exposure area)

10/27/2015

7

SAR TCNNA Products:Cumulative Days of Oiling

Overall Oiling coverage and potential exposureacross entire spill event (exposure persistence)

SAR TCNNA Shoreline Analysis Products:Days of Shoreline Oiling

SCAT assessment represents oiling  condition for the survey date only

Unanswered Question:  When and how long did this condition persist

10/27/2015

8

SAR TCNNA Shoreline Analysis Products:Days of Shoreline Oiling

Shoreline analysis is built off of the SCAT shoreline

SAR TCNNA Shoreline Analysis Products:Days of Shoreline Oiling

SCAT shoreline is buffered 3 km

10/27/2015

9

SAR TCNNA Shoreline Analysis Products:Days of Shoreline Oiling

Shoreline buffer intersected by daily footprints

SAR TCNNA Shoreline Analysis Products:Days of Shoreline Oiling

Shoreline buffer intersections tallied for days of oiling

10/27/2015

10

SAR TCNNA Shoreline Analysis Products:Days of Shoreline Oiling

Days of Shoreline Oiling helps define initial near shore exposure dates;  characterizes duration and persistence for exposed shorelines

SAR TCNNA SAR Analysis Products:Time of Oiling

Open water sampling helps characterize chemical concentrations

Unanswered Question:  do samples represent pre or post incident oiling ?

10/27/2015

11

SAR TCNNA SAR Analysis Products:Time of Oiling

Select shoreline grids for every TCNNA Daily CompositeCalculate grid initial oiling date for every day of intersection

SAR TCNNA SAR Analysis Products:Time of Oiling

Time of Oiling shoreline grid allows for rapid filtering of data for pre/post oiling condition

10/27/2015

12

SAR use in NRDA

• SAR data add value as an effective screening tool

• Data provide tools for focusing and filtering on a particular resource

• Allows us to prioritize assessment efforts to habitats and species assemblages at the  greatest risk of exposure

SAR and NRDA

• Open water and shoreline conditions are informed by SAR analysis

• SAR data allow us to look at  overall extent and duration of potential exposure

• Satellite analysis supplements in situ observations and sampling

• SAR data are a useful as an indication of exposure, but not injury

10/27/2015

13

SAR and Damage Assessment

SAR Data Summary:  • SAR data provide a useful exposure surface area for a variety of Trust resources

• SAR data can provide temporal context to SCAT assessment and environmental sampling

• SAR data add value to traditional response and assessment investigations

• Current and emerging application of SAR data will provide significant support to the NRDA process in future incidents

Thank‐you!

george.graettinger@noaa.gov

Questions?