Apport des mesures du radar à synthèse d'ouverture de Sentinel-1 pour l'étude des propriétés du manteau neigeux PDF Download
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Author: Gaëlle Veyssière
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Le suivi de l'évolution du manteau neigeux est directement lié à des enjeux socio-économiques majeurs en zone de montagne. Parmi ces enjeux figure la prévision du risque d'avalanche qui s'appuie principalement sur des observations et sur la connaissance de l'état du manteau neigeux et de son évolution dans le temps. Dans cette thèse, co-financée par le CNES et par Météo- France, nous avons évalué l'apport d'observations de télédétection spatiale active micro-ondes issues du radar à synthèse d'ouverture (SAR) de Sentinel-1, pour suivre l'évolution de certaines propriétés du manteau neigeux. Dans un premier temps, nous avons évalué la chaîne de modélisation SAFRAN-ISBA/Crocus-MEMLS par rapport aux données Sentinel-1 pré-traitées sur 3 saisons hivernales de 2014 à 2017, sur une zone de 2310 km2 à 20 m de résolution dans les Alpes du Nord françaises. Nous avons montré que les données SAR étaient pertinentes pour suivre l'évolution du manteau neigeux et, avons démontré la capacité de la chaîne de modélisation à reproduire les variations du signal observé dans le temps malgré de forts biais négatifs en cas de neige humide. Nous nous sommes intéressés à la valeur ajoutée des observations SAR de Sentinel-1 pour cartographier la neige humide, c'est-à-dire, la neige avec un taux élevé d'eau liquide. Des comparaisons ont été effectuées entre les produits neige humide obtenus par Sentinel-1 et les produits neige de Sentinel-2 distribués par Theia. Cette étude a été menée sur la saison hivernale 2017-2018, qui a connu un enneigement exceptionnel. Ces travaux ouvrent la voie à l'assimilation de données de télédétection SAR dans le modèle de neige Crocus ainsi qu'à une plus grande exploitation de ces données dans le cadre du suivi de l'enneigement pour de multiples applications.
Author: Gaëlle Veyssière
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Le suivi de l'évolution du manteau neigeux est directement lié à des enjeux socio-économiques majeurs en zone de montagne. Parmi ces enjeux figure la prévision du risque d'avalanche qui s'appuie principalement sur des observations et sur la connaissance de l'état du manteau neigeux et de son évolution dans le temps. Dans cette thèse, co-financée par le CNES et par Météo- France, nous avons évalué l'apport d'observations de télédétection spatiale active micro-ondes issues du radar à synthèse d'ouverture (SAR) de Sentinel-1, pour suivre l'évolution de certaines propriétés du manteau neigeux. Dans un premier temps, nous avons évalué la chaîne de modélisation SAFRAN-ISBA/Crocus-MEMLS par rapport aux données Sentinel-1 pré-traitées sur 3 saisons hivernales de 2014 à 2017, sur une zone de 2310 km2 à 20 m de résolution dans les Alpes du Nord françaises. Nous avons montré que les données SAR étaient pertinentes pour suivre l'évolution du manteau neigeux et, avons démontré la capacité de la chaîne de modélisation à reproduire les variations du signal observé dans le temps malgré de forts biais négatifs en cas de neige humide. Nous nous sommes intéressés à la valeur ajoutée des observations SAR de Sentinel-1 pour cartographier la neige humide, c'est-à-dire, la neige avec un taux élevé d'eau liquide. Des comparaisons ont été effectuées entre les produits neige humide obtenus par Sentinel-1 et les produits neige de Sentinel-2 distribués par Theia. Cette étude a été menée sur la saison hivernale 2017-2018, qui a connu un enneigement exceptionnel. Ces travaux ouvrent la voie à l'assimilation de données de télédétection SAR dans le modèle de neige Crocus ainsi qu'à une plus grande exploitation de ces données dans le cadre du suivi de l'enneigement pour de multiples applications.
Author: Emna Ayari
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Le développement des stratégies optimales pour gouverner et gérer durablement les ressources en eau, dans le secteur agricole, devient de plus en plus crucial, particulièrement au niveau du bassin Méditerranée. La quantification de l'humidité du sol constitue l'une des variables clés dans ces stratégies, vu son importance dans les interactions sol-végétation-atmosphère. Durant les dernières décennies, la télédétection radar a prouvé sa pertinence pour estimer et cartographier l'état hydrique en allant d'une échelle parcellaire à une échelle régionale. Dans le cadre des futures missions des mesures radar en bande de fréquences L, les travaux de la présente thèse visent, en premier lieu, la proposition d'une approche pour estimer l'état hydrique du sol dans une région semi-aride, en Tunisie centrale en comparant le potentiel des données en bandes C et L. L'estimation de l'humidité du sol se base sur l'utilisation des mesures radar à synthèse d'ouverture (SAR) à haute résolution en bande L acquises par ALOS-2 en HH (L-HH) et en HV (L-HV) et en bande C acquises par Sentinel-1 en VV (C-VV) et en VH (C-VH) avec des mesures in-situ faites sur des parcelles sélectionnées dans la plaine de Kairouan. Pour quantifier l'humidité du sol, nous avons considéré deux types de végétation omniprésents dans la zone d'étude, les céréales et les piments structurés en lignes. Dans le but de simuler le signal radar sur des parcelles des céréales dans un contexte homogène d'humidité du sol, nous avons considéré deux options du Water Cloud Model (WCM) sans et avec le terme de diffusion lié à l'interaction sol-végétation. L'intégration du terme d'interaction sol-végétation apporte une amélioration importante des estimations d'humidité du sol en utilisant les données L-HV face à une amélioration limitée en utilisant les données en bande C. Lorsque la végétation est structurée en ligne et localement irriguée, la répartition spatiale de l'humidité est hétérogène. Nous avons proposé une version modifiée du WCM sur les parcelles des piments. La sensibilité du signal simulé avec le modèle WCM modifié diminue en fonction de l'augmentation de la hauteur et la fraction du couvert végétal. La comparaison des résultats de simulation dévoile que le modèle proposé est plus sensible à l'humidité du sol en utilisant les données L-HH qu'en C-VV. Vu la complexité de la description de la végétation et la limitation des données optiques en présence des nuages, dans la deuxième partie des travaux, nous nous sommes intéressés au potentiel des données radar Sentinel-1 pour décrire la végétation dans le processus d'estimation d'humidité du sol. Nous avons utilisé la cohérence interférométrique et l'indice normalisé du rapport de polarisation pour estimer l'indice NDVI durant le cycle du blé en fonction des périodes de développement. Cette méthodologie développée a permis le retraçage des séries temporelles de NDVI des parcelles test de blé. Le rapport de polarisation et sa normalisation ont été testés en tant que descripteurs de végétation dans le modèle WCM pour estimer l'humidité du sol en utilisant les données Sentinel-1. Les résultats d'estimation de l'état hydrique du sol insistent sur la pertinence des données SAR pour décrire la végétation avec des RMSE inférieure à 7.5 vol.%. Dans la dernière partie des travaux de thèse, nous avons investigué le potentiel des séries temporelle de la variabilité de l'humidité de surface du sol dans l'identification des anomalies climatiques. Nous avons utilisé des produits opérationnels d'humidité du sol issus de la synergie Sentinel-1 et Sentinel-2 (HRSM) à une résolution spatiale kilométrique. Après validation avec d'autres produits satellites, les résultats ont souligné la capacité des données à reproduire les évolutions de l'humidité à différents contextes climatiques sur le territoire Tunisien ainsi son potentiel à identifier les périodes de sécheresse.
Author: Christophe Proisy
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Pages : 178
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L'OBJECTIF DE CES TRAVAUX EST D'EVALUER L'APPORT DES DONNEES RADAR A SYNTHESE D'OUVERTURE (RSO) POUR L'ETUDE DE LA VARIATION SPATIO-TEMPORELLE (DYNAMIQUE) DES PARAMETRES STRUCTURAUX DES ECOSYSTEMES FORESTIERS. DEUX ECOSYSTEMES FORESTIERS TRES DIFFERENTS ET PEU ETUDIES AUPARAVANT DANS LE DOMAINE DE LA TELEDETECTION RADAR ONT ETE SELECTIONNES : LES FORETS TROPICALES DE MANGROVE ET LES FORETS TEMPEREES. LA DEMARCHE RETENUE ASSOCIE UN TRAVAIL EXPERIMENTAL ET THEORIQUE, S'APPUYANT SUR DE NOMBREUSES CAMPAGNES DE MESURES ET D'ACQUISITIONS RADARS AEROPORTEES ET SATELLITALES. L'ETUDE DE LA DYNAMIQUE INTERANNUELLE A MONTRE QUE L'UTILISATION DE PLUSIEURS CONFIGURATIONS RADARS COMPORTANT AU MOINS UNE FREQUENCE BASSE (BANDE P OU L) APPORTAIT LES RESULTATS LES PLUS SATISFAISANTS. POUR LES MANGROVES, LES RESULTATS OBTENUS EN GUYANE FRANCAISE DEVRAIENT PERMETTRE LE DEVELOPPEMENT D'ALGORITHMES D'ESTIMATION DES PARAMETRES FORESTIERS DU COUVERT LIGNEUX. CE TRAVAIL CONSTITUE LA PREMIERE ETUDE QUANTITATIVE JAMAIS REALISEE EN TELEDETECTION RADAR SUR CE TYPE DE FORETS ET A ETE COMPLETE PAR UNE ANALYSE THEORIQUE. POUR LES MILIEUX PLUS COMPLEXES COMME LES FORETS TEMPEREES, LES METHODES D'ESTIMATION DES PARAMETRES STRUCTURAUX DE LA BIOMASSE LIGNEUSE RESTENT ENCORE A AFFINER. CONCERNANT L'ETUDE DE LA DYNAMIQUE SAISONNIERE, LES RESULTATS OBTENUS SUR LA FORET DE FONTAINEBLEAU, SONT DECEVANTS. EN EFFET, L'UTILISATION DE SERIES TEMPORELLES D'IMAGES ERS-1/2 NE DONNE AUCUNE INDICATION SUR LE CYCLE DE FEUILLAISON. CEPENDANT, L'EMPLOI DE FREQUENCES PLUS HAUTES (BANDE X) ET DES TECHNIQUES INTERFEROMETRIQUES DANS LA DETECTION DES CYCLES DE FEUILLAISON - DEFEUILLAISON S'AVERE ENCOURAGEANT. POUR L'ETUDE DES ECOSYSTEMES FORESTIERS, LES FUTURS INSTRUMENTS DEVRONT DONC ASSOCIER UNE FREQUENCE BASSE (BANDE P OU L) A UNE FREQUENCE HAUTE (BANDE X). LA POURSUITE DES EFFORTS COMMUNS EN MODELISATION PHYSIQUE ET ECOLOGIQUE DES ECOSYSTEMES FORESTIERS DEVIENT EGALEMENT INDISPENSABLE.
Author: Pascal Lacroix
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Languages : fr
Pages : 146
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La calotte polaire antarctique est constituée d'une épaisse couche de glace surmontée d'un névé d'une centaine de mètres d'épaisseur. Si les observations satellites, avec une couverture quasi-globale du continent, ont permis depuis bientôt 40 ans de fournir de nombreuses informations sur sa topographie et quelques propriétés de sa surface, la connaissance de son manteau neigeux est encore très limitée. Depuis 2002 et le lancement de ENVISAT, on dispose d'un altimètre radar qui couvre 80% de la calotte polaire Antarctique, dont la particularité est d'acquérir des signaux à deux fréquences différentes (bande S à 3.2 GHz et bande Ku à 13.6 GHz). Ces deux ondes pénètrent dans le manteau neigeux sur plusieurs mètres et ont des sensibilités aux propriétés de la neige différentes. Ainsi, l'idée de cette thèse est d'utiliser cette double information pour retrouver les propriétés du manteau neigeux. On résous cette problématique par une analyse et une modélisation des signaux altimétriques bi fréquences sur la calotte polaire, puis par leur inversion. On se penche tout d'abord sur quelques études de cas pour estimer la sensibilité des signaux aux différentes propriétés de la neige: rugosité de la surface, strates en profondeur, puis que le signal altimétrique est sujet à des variations saisonnières. Un modèle de l'interaction de l'onde avec le manteau neigeux est ensuite réalisé. Le modèle permet d'expliquer les variations saisonnières observées par la densification de la neige en surface. On développe finalement un protocole de mesure de la rugosité de la neige, qui est testé sur un glacier du Spitzberg.
Author: Rémy Fieuzal
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Languages : fr
Pages : 210
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Les travaux de thèse s'inscrivent au sein du chantier Sud-Ouest, dont le principal objectif est de contribuer à la compréhension et à la modélisation du fonctionnement des surfaces continentales à l'échelle du paysage. Ces travaux visent à améliorer les capacités de suivi et d'analyses de surfaces fortement anthropisées : les agrosystèmes. A la fois acteurs et spectateurs vis-à-vis du changement climatique, ces surfaces sont également dédiées à la production alimentaire. La problématique vise donc à concilier durabilité des ressources et niveau de production suffisant, en identifiant des outils comme la télédétection utiles à la prise de décision à des échelles allant de la parcelle au territoire. Dans ce contexte, les radars à synthèse d'ouverture (RSO) embarqués au sein de satellites, présentent le double avantage d'être sensibles à différents paramètres des surfaces continentales (en lien avec le sol, ou la végétation), et la capacité d'observation par condition nuageuse (à l'inverse des capteurs opérant dans le visible). Depuis les années 90, différentes études basées sur des images acquises avec la technologie RSO ont montré l'intérêt des données micro-ondes pour le suivi des surfaces continentales. Ces dernières années, l'émergence de missions satellites dans les bandes de fréquence X et L vient enrichir les possibilités d'étude autrefois limitées à la seule bande C. Ces couples capteurs-satellites fournissent aujourd'hui des produits à haute résolution spatiale (allant jusqu'au mètre), avec des possibilités de revisite hebdomadaire, critères nécessaires pour le suivi des zones hétérogènes, associées à de fortes dynamiques temporelles. Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse visent à établir la complémentarité entre les données radars (TerraSAR-X, Radarsat-2 et Alos, dans les bandes spectrales X, C et L) et optiques (Formosat-2, Spot-4/5) acquises par satellites pour le suivi des agrosytèmes. Ils s'articulent autour de trois axes complémentaires : - Le premier consiste en la mise en oeuvre d'une campagne expérimentale basée sur l'acquisition d'un jeu de données (satellitaire et de terrain), nécessaire au développement de nouvelles approches pour l'analyse du paysage. La zone suivie, caractérisée par une forte anthropisation, est située à 50 km au sud-ouest de Toulouse. Les images satellitaires regroupent trois séries temporelles radar (bandes X, C et L), auxquelles s'ajoutent des acquisitions réalisées dans l'optique (Formosat-2, Spot-4/5). Avec un total d'une centaine d'images acquises dans les hyperfréquences, la zone commune aux différentes scènes couvre une surface de 10x10 km2. Conjointement, les protocoles de mesures de terrain ont permis de considérer de manière indépendante les deux éléments clés de la surface : le sol et la culture. En complément des stations météorologiques installées dans le cadre du chantier, des mesures qualitatives et quantitatives ont été réalisés de manière synchrone avec les acquisitions satellites, sur un total de 387 parcelles. Cinq cultures sont principalement étudiées : blé, colza, tournesol, mais et soja. - Les signatures temporelles de chacune des cultures sont ensuite établies à chaque longueur d'onde d'acquisition satellitaire (optique et radar) à travers une approche originale de normalisation angulaire des signaux radar (combinaison de l'information radar et optique). Les résultats obtenus durant le cycle phénologique des cultures d'hiver (blé et colza) et d'été (maïs, soja et tournesol) montrent clairement la complémentarité des approches multi-capteurs, et la spécificité des signaux radars (en lien avec les états de polarisations et les fréquences considérées). Deux paramètres biophysiques relatifs à la végétation sont enfin estimés (LAI et hauteur), les données micro-ondes montrant à la fois une importante sensibilité et de bonnes performances. - La modélisation électromagnétique sur sol nu a tout d'abord permis d'évaluer différents formalismes, à savoir : les modèles de Dubois et d'Oh (1992 et 2004) ayant comme caractéristiques communes une description simplifiée des processus. Ils sont confrontés à un modèle reposant sur des bases physiques, le modèle IEM (Integral Equation Model). L'application des modèles dans les différentes bandes spectrales (X, C et L), montre des résultats très hétérogènes, les meilleures performances étant obtenue en bande X, avec le modèle d'Oh 1992. Par la suite, l'amélioration des modèles tire parti de l'analyse des résidus (vis-à-vis des variables d'entrée), afin de réduire la dispersion observée. Les modèles testés sont optimisés et validés selon une approche de type résidus. Une forte amélioration est observée pour la plupart des modèles. Les résultats mettent en évidence l'intérêt des données multi-capteurs pour le suivi des surfaces dédiées à l'agriculture. Dans un futur proche, les missions spatiales telles que Tandem-X, Sentinel-1/-2, Radarsat Constellation ou Alos-2 devraient pérenniser l'accès à ces données, et préciser ainsi les résultats obtenus dans le cadre de cette thèse.
Author: César Deschamps-Berger
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Languages : fr
Pages : 250
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Le manteau neigeux en montagne est une ressource importante pour les écosystèmes et les activités humaines comme l'irrigation, l'approvisionnement en eau des populations, la production hydroélectrique et l'économie touristique. Il représente aussi un risque dans les zones exposées aux avalanches. L'étude et le suivi du manteau neigeux en montagne s'appuie souvent sur des réseaux de mesure, des observations par télédétection et de la modélisation. Les avancées récentes en photogrammétrie satellite offrent de nouvelles perspectives pour compléter les réseaux de mesures qui sont souvent insuffisants vis-à-vis de la forte variabilité spatiale du manteau neigeux. Une méthode de cartographie de la hauteur de neige à partir d'images stéréoscopiques Pléiades est présentée et appliquée sur plusieurs sites. La comparaison avec une carte de référence par lidar aéroporté fournit une estimation de l'erreur des produits de photogrammétrie satellite sur un bassin versant de Californie (États-Unis). A l'échelle d'un pixel de 3 m, l'erreur standard est de 0,7 m. L'erreur décroît à ~0,3 m lorsque les mesures sont moyennées sur des surfaces supérieures à 103 m2. Avec cette précision, les cartes de hauteur de neige par photogrammétrie satellite permettent d'observer les processus modelant le manteau neigeux en montagne (transport par le vent, avalanche), de mesurer le volume de neige sur des zones de plus 100 km2 et de décrire la variabilité spatiale du manteau. Une série de cartes de hauteur de neige est assimilée dans la chaine de modélisation SAFRAN-Crocus afin d'évaluer le potentiel de ces données pour améliorer la représentation spatiale des propriétés physiques du manteau neigeux. Un filtre particulaire est utilisé pour assimiler une carte de hauteur de neige par hiver pendant cinq hivers sur un bassin versant des Pyrénées. L'assimilation corrige des biais dans les précipitations initialement sous-estimées à haute altitude et introduit une variabilité spatiale autrement absente des forçages et des processus modélisés. Cette combinaison innovante de produits de télédétection satellite et d'un modèle complexe spatialisé offre de nouvelles perspectives pour l'estimation de la ressource en eau en montagne et du risque avalanche.
Author: Heydar Kaveh
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Languages : fr
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Book Description
La sécheresse géotechnique est à l'origine de nombreux désordres urbains dans la régio n d'Ile-de-France. La présence d'argiles continentales Eocène-Oligocène aux propriétés gonflantes parmi les dépôts actuels les plus récents de la série géologique du Bassin Parisien entraîne, sous l'influence des contrastes climatiques liés à des évènements climatiques « extrêmes » (alternances sécheresse et période humide) des variations importantes du volume des sols. Les variations sont susceptibles d'induire des déplacements de la surface du sol qui affecte le bâti. Deux méthodes d'interférométrie radar y sont appliquées afin de suivre ces déplacements relatifs au cours du temps : si la méthode différentielle (DINSAR), qui permet de mesurer les déplacements de la surface du sol à partir de deux images radar acquises à des dates différentes se révèle peu performante sur l'Est du Bassin de Paris devant la faible cohérence de l'habitat pavillonnaire individuel, la seconde méthode, la technique de suivi des réflecteurs permanents, appelé Persistant Scatterer Interferometry ( PSI) permet de décrire précisément dans le temps les déplacements absolus de points à forte rétrodiffusion radar par la localisation, la caractérisation et la quantification des déplacements de la surface du sol à partir d'un grand nombre d'images radar à ouverture de synthèse (RSO). Des déformations liées au RGA observées sur les profils de pavillons sinistrés ont été mise en évidence et corrélé avec les périodes de sécheresse. Cette méthode présente un fort potentiel pour l'étude du risque naturel sécheresse géotechnique tout particulièrement sur l'Est du Bassin de Paris affecté lors des dernières périodes de sécheresses dans un contexte de changement climatique mondiale.
Author: Nadia Ouaadi
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Languages : fr
Pages : 217
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Le suivi de l'irrigation est un enjeu important pour l'optimisation de l’irrigation. L'humidité superficielle (SSM) est une variable clé pour la gestion de l'irrigation. De plus, la détection précoce du stress hydrique peut contribuer à une utilisation optimale de l'eau agricole. Les données radar en bande C ont montré un grand potentiel pour le suivi des conditions hydriques du sol et de la végétation. Dans ce contexte, cette thèse a pour objectif général d’évaluer les potentialités des données radar bande C pour suivre le fonctionnement hydrique des céréales irriguées. Nos objectifs spécifiques sont : (1) développer une nouvelle approche pour l'inversion de la SSM en utilisant uniquement les données radar ; (2) proposer une méthodologie pour l’estimation des quantités et des dates d’irrigation à l'échelle de la parcelle sur la base de ces nouveaux produits de SSM ; (3) étudier les potentialités de la réponse radar bande C pour le suivi du fonctionnement physiologique et, in fine, la détection du stress hydrique. En préliminaire à l’inversion, les séries temporelles de données Sentinel-1, notamment le coefficient de rétrodiffusion (σ^0), le rapport de polarisation (PR) et la cohérence interférométrique (ρ) sont interprétées à l'aide de données expérimentales collectées sur des parcelles de blé irriguées au Maroc. Les résultats montrent que ρ et PR sont fortement liés au développement de la végétation alors que la dynamique de σ^0 suit les variations de SSM pendant les premiers stades de croissance du blé. En outre, les changements drastiques de la géométrie du couvert associés à la phase d'épiaison ont un fort impact sur σ^0. Les résultats montrent que le modèle Water Cloud (WCM) est capable de reproduire le cycle saisonnier de Sentinel-1. Grâce à une configuration multicouche du modèle Karam, le 2ème cycle est attribué à la diffusion de volume au sein de la couche des épis. Dans un 2ème temps, une nouvelle approche basée sur l'inversion du WCM pour estimer la SSM a été proposée en utilisant uniquement les données radar Sentinel-1. Dans ce but, les descripteurs de la végétation : la biomasse aérienne (AGB) et le contenu en eau de la végétation ont été estimés à partir de ρ et PR. Les meilleurs résultats d’inversion de SSM sont obtenus en utilisant la relation entre ρ_VV et l'AGB (R = 0.82 et RMSE = 0.05 m3/m3). Les produits SSM sont assimilés dans la FAO-56 par une technique de filtrage particulaire pour estimer les dates et les quantités d’irrigation. Premièrement, des expériences jumelles sont conçues pour évaluer l'impact de certains paramètres de l'approche. La méthode est ensuite évaluée en utilisant des mesures in situ de SSM avec 3 temps de revisite différents (3, 6 et 12 jours). Enfin, les produits de SSM Sentinel-1 dérivés par l’approche ρ_VV-AGB sont utilisés. L'utilisation de données in situ permet d'obtenir de bons résultats. Avec une observation tous les 6 jours, les quantités saisonnières sont inversés avec R > 0.98 et RMSE
Author: Luc Charrois
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Une modélisation précise du manteau neigeux saisonnier est indispensable pour comprendre son évolution et améliorer la prévention d risque d'avalanche. Le Centre d'Études de la Neige (CEN) développe depuis plus de 20 ans un modèle de manteau neigeux nommé Crocus dédié à simuler son évolution et ses propriétés physiques uniquement à partir de variables météorologiques de surface. Les erreurs du modèle et l'imprécision des forçages météorologiques sont des sources inévitables d'incertitudes dans les prévisions de Crocus.Contraindre le modèle avec des observations peut être un moyen de minimiser l'impact de ces incertitudes dans les simulations. En raison de la faible densité des réseaux de mesures in situ et de la forte variabilité spatiale du manteau neigeux, il est vraisemblable que seule l'imagerie satellitaire puisse permettre une contrainte efficace du modèle. Le spectroradiomètre MODIS,fournissant quotidiennement des informations sur la surface terrestre à une résolution de 250m, est bien adapté pour l'observation du couvert nival. Ce capteur opère dans les domaines du visible et de l'infrarouge où les réflectances mesurées (rapport du flux solaire réfléchi surincident selon les longueurs d'onde) sont sensibles à certaines propriétés du manteau neigeux.Le nouveau schéma radiatif TARTES de Crocus est en mesure de simuler l'évolution de ces réflectances, ce qui ouvre la voie à l'assimilation des réflectances MODIS.L'objectif de la thèse est d'explorer l'assimilation des réflectances MODIS dans le modèle de manteau neigeux Crocus, dans une perspective opérationnelle à moyen terme. Ce projet s'appuie fortement sur l'expertise en modélisation physique et radiative du manteau neigeux et en assimilation de données présente au Centre d'Études de la Neige et au Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l'Environnement à Grenoble.Le projet s'est déroulé en deux étapes pour répondre aux questions suivantes :Les réflectances optiques satellitaires possèdent-elles un contenu informatif capable de contraindre efficacement le modèle Crocus ?Quels sont les obstacles à surmonter pour parvenir à l'assimilation effective des réflectances optiques mesurées par satellites ?Un filtre particulaire est utilisé comme méthode d'assimilation pour évaluer l'apport des réflectances sur les estimations du manteau neigeux en termes de hauteur de neige et son équivalent en eau liquide. Le choix de ce filtre, permis par la petite dimension du problème,est conforté par sa facilité d'implémentation au vu des contraintes fortes du modèle Crocus.Les expériences conduites dans cette étude sont réalisées au niveau du Col du Lautaret et du Col de Porte (Alpes françaises). Des expériences d'assimilation d'observations virtuelles démontrent le potentiel des réflectances spectrales pour guider Crocus dans ses estimations du manteau neigeux. L'erreur quadratique moyenne (RMSE) des variables intégrées de la hauteur de neige et de son équivalent en eau est réduite de près de moitié par l'assimilation des observations. L'efficacité de l'assimilation est cependant fortement dépendante de la distribution temporelle des observations.Des expériences d'assimilation de réflectances réelles mettent en évidence une grande sensibilité des résultats de l'assimilation à la qualité des observations. La conversion et le traitement des données MODIS au sommet de l'atmosphère (TOA) en réflectances de surface sont la cause de fortes incertitudes dans ces données. Les biais occasionnés et une mauvaise caractérisation de ces erreurs détériorent les estimations du manteau neigeux. Le contrôle qualité et la sélection des données satellitaires sont à ce titre une priorité dans la perspective d'assimilation des données satellitaires.Ce travail démontre ainsi le potentiel des données spatiales pour le suivi et la prévision du manteau neigeux, potentiel qu'il conviendra d'exploiter dans un futur proche.
Author: Collectif,
Publisher: Hermes Science Publications
ISBN: 9782746201552
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Languages : fr
Pages : 358
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