Produits SIC issus de MODIS
MODIS (MODerate resolution Imaging Spectroradiometer) est un spectro-radiomètre imageur qui observe la Terre des longueurs d’onde visibles aux longueurs d’onde infra-rouges. Avec son orbite polaire et sa grande fauchée (∼ 2300 km), il couvre fréquemment les pôles. Dans des conditions de ciel clair et de jour, la présence de glace de mer peut être détectée à partir de MODIS, en combinant les seuils des réflectances observées dans les bandes visible et proche infrarouge. Pour la comparaison avec les produits SIC estimés à partir des observations micro-ondes passives, le produit de glace de mer MODIS à une résolution spatiale de 1 km est sélectionné ici, comme fourni par le NSIDC (National Snow
and Ice Data Center). Le produit de MODIS à bord de la mission Aqua (MYD29P1D) est
choisi [Hall et al.,2015]. Un cas de ciel clair au-dessus de la région boréale est sélectionné à l’aide de l’outil d’observation de la NASA (https://worldview.earthdata.nasa.gov), et les produits NSIDC correspondants sont téléchargés. La FigureIII.9(à gauche) montre le produit MODIS du NSIDC pour la situation du 4 avril 2018, par temps très clair, la glace de mer présente de grandes discontinuités dans le détroit de Davis, entre l’île de Baffin et le Groenland. Bien qu’ils ne soient pas visibles à la résolution de la figure, les bords de glace sont souvent contaminés par les nuages dans les produits MODIS.
Les produit de glace de mer MODIS sont spatialement moyennés sur les empreintes AMSR2, afin de produire une estimation SIC dérivée de MODIS comparable à celle des produits SIC AMSR2. On fera ici l’hypothèse d’une empreinte au sol uniforme et circu-laire correspondant aux résolutions indiquées au TableauIII.1. La FigureIII.9 (à droite)
Fig. III.9 Les informations MODIS sur les glaces de mer pour la scène sélec-tionnée du 20/04/2018. A gauche : données MODIS originales sur les glaces de mer à une résolution spatiale de 1 km. A droite : SIC dérivée de MODIS, calculée à partir de la moyenne spatiale sur l’empreinte au sol AMSR2 à 36 GHz.
présente les résultats à 18 GHz pour la scène sélectionnée, avec une empreinte AMSR2 de 18 km de diamètre à cette fréquence (voir TableauIII.1). La SIC de MODIS au sein d’une empreinte AMSR2 est calculée comme le rapport entre le nombre de pixels de glace de mer MODIS et la somme des pixels de glace de mer et des pixels d’océan, sans compter les pixels nuageux. Différents seuils sur le nombre de pixels nuageux acceptables dans l’empreinte AMSR2 ont été testés. Si aucun pixel nuageux n’est toléré, on peut rarement calculer la SIC dérivée de MODIS à la résolution AMSR2, surtout autour des bords de glace. Au contraire, si une très grande partie des nuages est acceptée, la SIC dérivée de MODIS serait dénuée de sens. Plusieurs tests ont démontré qu’un seuil de 50% sur le pourcentage de nuages dans l’empreinte AMSR2 donne des résultats acceptables, même au-dessus des bords de glace.
Données AMSR2
L’instrument AMSR2 a déjà été brièvement décrit (TableauIII.1). Les données AMSR2 sont extraites du centre de données de la JAXA (https://suzaku.eorc.jaxa.jp/GCOM_ W/index.html). Le produit de niveau L1R [Maeda et al., 2016]. Pour imiter le fait que CIMR a la même résolution spatiale à 6 et 10 GHz et à 18 et 36 GHz, les observations AMSR2 à 10 GHz sont spatialement moyennées à la résolution du 6 GHz et les obser-vations à 36 GHz sont moyennés à la résolution du 18 GHz. Ces moyennes à différentes résolutions sont fournies par le jeu de données AMSR2 L1R. Les observations sont échan-tillonnées à 12 km. Pour la situation sélectionnée, les orbites AMSR2 couvrant les régions vers le milieu de la journée sont téléchargées. La Figure III.10montre les images de TBs
Fig. III.10 Les TBs AMSR2 pour la scène sélectionnée du 20/04/2018. A gauche : le canal 6 GHz en polarisation verticale. A droite : le canal à 36 GHz en polarisation verticale.
à 6 et 36 GHz en polarisation V, pour la situation sélectionnée. Comme nous l’avons vu dans la première partie de cette étude, les fréquences 6 et 36 GHz ont les sensibilités les plus différentes, parmi les fréquences sélectionnées.
Les structures spatiales de la FigureIII.10sont très similaires à l’étendue de la glace de mer dérivée des images MODIS, soulignant la forte sensibilité de ces observations à la présence de glace de mer. Même directement sur les cartes de TB, les discontinuités de la glace de mer sont observables. La différence de sensibilité à la glace de mer à 6 et 36 GHz est évidente, avec beaucoup plus de contraste entre les TBs de l’océan et la glace de mer à 6 qu’à 36 GHz. Des structures beaucoup plus petites sont observées avec la fréquence 36 GHz, en particulier aux bordures de la glace de mer, comme on peut s’y attendre grâce à une meilleure résolution spatiale à cette fréquence. Des signatures sont présentes à 36 GHz (voir autour de 65◦O et 69◦N), qui ne sont pas observées à 6 GHz. Elles n’ont pas non plus d’équivalent dans la SIC dérivée de MODIS : Elles sont probablement liées à des différences dans les propriétés de la glace et de la neige. Nous avons vérifié que ces signatures étaient également présentes à 89 GHz. Il est à noter que la glace continentale a une signature très semblable à celle de la glace de mer, du moins près des côtes. Produits de SIC OSI-SAF
Le produit de SIC de l’OSI-SAF d’EUTMETSAT dérivé des observations AMSR2 (www.osi-saf.org) est comparé à nos estimations. Le produit OSI-SAF est extrait pour la situation sélectionnée et pour les comparaisons à grande échelle pour les pôles Nord et Sud. L’algorithme utilise des observations à 18 et 36 GHz en polarisation V. Il s’agit
Fig. III.11 Les résultats OSI-SAF pour la scène sélectionnée du 20/04/2018. A gauche : l’estimation SIC. A droite : l’incertitude totale combinant l’incertitude de l’algorithme et l’incertitude liée aux différences de résolutions spatiales
d’une combinaison de l’algorithme Bootstrap de la NASA [Comiso,1986,Comiso et al.,
1997] pour les faibles SIC et de l’algorithme Bristol [Smith,1996] pour les fortes SIC. Il comprend la correction de la vapeur d’eau au-dessus de l’océan, à l’aide d’une analyse de l’ECMWF et d’un modèle de transfert radiatif. Pour tenir compte de leurs variations temporelles, les points de rattachement des algorithmes pour la glace de mer et l’océan sont régulièrement mis à jour. Des filtres et des masques sont également appliqués pour éviter les artefacts d’algorithmes (le long des côtes par exemple). Le produit est grillé sur une grille stéréographique polaire de 10 km (Figure III.11, haut). Une évaluation de l’incertitude est jointe à chaque estimation SIC : elle comprend l’incertitude intrinsèque de l’algorithme (Figure III.11, milieu) et l’incertitude due aux différences de résolutions spatiales entre les fréquences (Figure III.11, bas). Pour une description complète de l’al-gorithme hybride dynamique, voirTonboe et al.[2016] etLavergne et al.[2019].
Pour la scène sélectionnée, la SIC OSI-SAF est présentée à la Figure III.11, avec ses erreurs totales (erreurs algorithmiques additionnées aux erreurs dû à la gestion de différentes résolutions spatiales).
2.5.b Analyse de la nouvelle méthode pour différentes combinaisons de