Approches pour caractériser VAS

La grande taille, non seulement de toute la région, mais aussi du pixel de référence, fait qu'il est nécessaire d'étudier en détail l'inuence du changement d'échelle. Ceci permet de comparer les mesures en provenance de diérentes sources à des échelles diérentes (mesures ponctuelles, des observations aéroportées, acquisitions à résolution spatiale satellitaire diérente etc.) et donc d'établir des critères pour l'agrégation et la désagrégation et d'obtenir des moyennes représenta-tives sur des zones plus étendues. La Fig. 3.16 montre les diérentes approches et études faites sur VAS an de la caractériser avec le plus de détail possible.

Dans le cadre d'une campagne terrain, un très vaste échantillonnage des mesures d'humidité du sol sur plusieurs jours a été réalisé par l'équipe de VAS (Fig. 3.17). Cette campagne a recueilli

environ 2× 10⁴ mesures en utilisant des sondes capacitives et environ 3000 cylindres par jour

pour estimer l'humidité de sol représentative sur une profondeur de 0-6 cm. La zone de10×10km2

obte-Chapitre 3. Zone d'étude Valencia Anchor Station - domaine expérimental et données

Figure 3.15 L'évolution d'humidité du sol enregistrée avec la sonde V1. En rouge sont entourées les périodes dont les mesures sont soit manquantes soit ont une évolution inattendue.

Figure 3.16 Méthodes pour caractériser le site VAS.

nues par le biais des sondes capacitives ainsi que des échantillons de sols prélevés dans chaque cas. Cartes des humidités du sol mesurées in situ

Des cartes d'humidité du sol sur la zone de10×10km2 ont été générées par Millan-Scheiding

et al., 2009(voir Fig. 3.18). Elles sont basées sur la caractérisation des régions ayant des propriétés similaires d'humidité de surface. Grâce à cette étude, plusieurs cartes ont été générées en fonction de l'homogénéité d'une propriété en particulier (utilisation des terres, la texture, la géologie, l'orientation, etc) et par rapport aux données d'humidité du sol en surface obtenues pendant les mesures intensives de terrain. L'analyse de ces cartes a déterminé que le type du sol ainsi que la couverture végétale sont les paramètres qui déterminent le plus l'humidité du sol et cette information a été utilisée an de délimiter des zones ayant des caractéristiques semblables.

Cartes obtenues au moyen du modèle SURFEX

An de permettre une comparaison supplémentaire, pendant les jours de la campagne de me-sures, nous avons modélisé l'humidité du sol (Juglea et al., 2009) en utilisant le modèle SURFEX - module ISBA (voir Fig. 3.19).

Figure 3.17 Échantillonnage des mesures d'humidité du sol durant une campagne de mesures in situ.

Figure 3.18 Carte d'humidité du sol sur la zone de10×10km2 (Millan-Scheiding et al., 2009)

basées sur la caractérisation des régions ayant des propriétés similaires d'humidité de surface.

Des cartes détaillées de texture du sol et de végétation ainsi que les données météorologiques ont été utilisées an d'obtenir une humidité de sol distribuée à une résolution de 1 km sur toute la

zone de10×10km2. Une résolution plus ne n'était pas possible compte tenu du nombre limité

de stations météorologiques disponibles. Une autre alternative a été de faire la modélisation en fonction des unités hydrologiques trouvée par Millan-Scheiding et al., 2009. La répartition des stations a eu également un fort impact sur les choix faits, compte tenu des zones pour lesquelles aucune station n'était disponible (par exemple dans le nord). Ainsi, la présence d'une autre sta-tion pour les prochaines études a été discutée.

Chapitre 3. Zone d'étude Valencia Anchor Station - domaine expérimental et données

Figure 3.19 Cartes répresentant : à droite - l'humidité du sol obtenue au moyen du modèle

SURFEX sur la zone de 10×10km2 et à gauche - la localisation de stations météo et de sondes

d'humidité du sol disponibles.

Mesures aéroportées

Ces campagnes des mesures aéroportées ont eu pour but de produire des estimation de la température de brillance/ humidité du sol sur le site. Elles ont pu enrichir la caractérisation du VAS à tout point de vue. Par exemple, comme nous l'avons vu auparavant, plusieurs mesures automatiques de l'humidité du sol ont lieu sur le site dans des endroits clés an de permettre la caractérisation d'une zone assez large. Les mesures aéroportées seront utilisées dans le but de pouvoir extrapoler à l'ensemble des zones, a posteriori, les résultats locaux.

A partir des mesures aéroportées, un produit d'humidité du sol est obtenu (Saleh et al., 2010) en utilisant les mesures en bande L à deux angles et en polarisation H et V, ainsi que des informations détaillées de la surface (texture, l'utilisation des terres). Pour la validation de cette humidité du sol, trois méthodes ont été étudiées : l'échantillonnage intensif de l'humidité du sol, l'humidité de sol dérivée des cartes des unités fonctionnelles et l'humidité du sol à partir de la modélisation (SURFEX). Par rapport aux données de terrain, l'humidité du sol modélisée montre une bonne évolution dans le temps, mais moins bonne en terme de variabilité spatiale (voir Fig. 3.20). Ceci est probablement lié à l'importante hétérogénéité des précipitations dans la région qui n'est pas prise en compte lors de la modélisation. Par conséquent, la fourniture de plus de données sur les précipitations est prévue par d'autres stations.

3.5 Conclusion

Ce chapitre présente le jeu de données que nous allons utiliser par la suite dans cette thèse. Il provient du site expérimental Valencia Anchor Station, qui fait partie des principaux sites d'étalonnage et de validation des produit SMOS. De nombreuses mesures d'humidité de sol en surface et à diérentes profondeurs sont utilisées pour étalonner et valider le modèle de surface ;

Figure 3.20 L'humidité du sol inversée en utilisant les mesures aéroportées en fonction de l'humidité du sol mesuré in situ (5 cm profondeur - en noir), l'humidité de sol obtenue des cartes des unités fonctionnelles (5 cm profondeur - en blue) et l'humidité du sol à partir de la modélisation (SURFEX)(2 cm profondeur - rouge et 5 cm profondeur -vert) - Saleh et al., 2010. les observations météo pour forcer ISBA et les autres observations (LAI, VWC, la rugosité, etc.) pour aner la procédure de génération de Match-ups qui sera présentée dans les chapitres suivants.

Modélisation de l'humidité du sol à

l'échelle d'un pixel SMOS en utilisant

un modèle SVAT

Sommaire

Synthèse de l'article . . . 52 4.1 Abstract . . . . 54 4.2 Introduction . . . . 55 4.3 Valencia Anchor Station experimental domain and data . . . . 56 4.3.1 Characteristics of the area . . . 57 4.3.2 Available data over the area . . . 57 4.4 The SVAT model . . . . 62 4.4.1 SVAT conguration . . . 63 4.4.2 Spatialization method . . . 65 4.5 Results . . . . 68 4.5.1 Ground measurements versus point-like soil moisture . . . 68 4.5.2 Ground measurements versus 10×10 km2 soil moisture . . . 70 4.5.3 Comparison with remote sensing data . . . 71 4.6 Conclusions . . . . 74

Ce chapitre est basé sur l'article :

S. Juglea, Y. Kerr, A. Mialon, J.-P. Wigneron, E. Lopez-Baeza, A. Cano, A. Albitar, C. Millan-Scheiding, M. Carmen Antolin, and S. Delwart (2010), Modelling soil moisture at SMOS scale by use of a SVAT model over the Valencia Anchor Station, Hydrol. Earth Syst. Sci., 14, 831-846, 2010.

L'étalonnage de l'instrument et la validation des mesures constituent des phases cruciales avant l'utilisation d'un outil de mesure. Ces étapes sont encore plus critiques pour les outils ba-sés sur la télédétection car les produits obtenus dépendent très fortement d'un important nombre de paramètres. De ce fait, la validation et l'étalonnage des mesures SMOS est une phase

indis-Chapitre 4. Modélisation de l'humidité du sol à l'échelle d'un pixel SMOS