CORRECTIONS ATMOSPHÉRIQUES

Pour un site donné, les mesures de réflectance réalisées par le capteur à bord d’un satellite sont séparées du sol par plus de 800 kilomètres et subissent les perturbations des composants de l’atmosphère.

2.3.3.1. ABSORPTION ET DIFFUSION DU RAYONNEMENT PAR L’ATMOSPHÈRE

Ainsi les gaz en présence peuvent absorber une partie du rayonnement solaire : l’ozone et l’oxygène provoquent une faible atténuation du signal pour les bandes 1 2 et 3 du capteur HRVIR ; la vapeur d’eau et le dioxyde de carbone sont responsables de l’absorption dans les bandes 3 et 4.

L’atmosphère diffuse également une partie de l’énergie solaire reçue. Ce phénomène correspond à l’action des molécules et des particules sur les ondes électromagnétiques. Il est fonction de la longueur d’onde du rayonnement et de la taille des éléments présents dans l’atmosphère : on parle de la diffusion de Rayleigh liée aux molécules gazeuses, de la diffusion de Mie due aux aérosols en suspension dans l’air.

L’atmosphère diffuse aussi une partie du rayonnement solaire reçu. Cette énergie réfléchie, en s’additionnant à celle répercutée par la surface terrestre, augmente la valeur du flux mesurée par le capteur et biaise son appréciation des objets.

2.3.3.2. QUALITÉ DES IMAGES

La plupart des images sont issues de programmation spécifique avec un niveau de qualité supérieur (moins de 10% de nuages). Pour notre zone d’étude du Causse d’Aumelas, les sept images sont exemptes de nuages. Nous ne disposons pas de mesure précise des composants de l’atmosphère aux heures de prise de vue pour notre site d’étude (station la plus proche à Avignon).

En revanche, Météo-France met à disposition sur quelques stations les données de visibilité horizontale, de rayonnement global et de température (Tableau 43).

Tableau 43. Conditions atmosphériques des images SPOT-HRVIR Dates Visibilité horizontale Rapport RT* Produit MOD04

14 juin 2001 50 km 14,5 - 17 juillet 2001 50 km 10,8 22% 27 juillet 2001 11 km 9,9 78% 21 août 2001 70 km 12,7 9% 27 août 2001 30 km 9,7 36% 27 septembre 2001 50 km 13,1 26% 12 octobre 2001 35 km 10,6 -

*Rayonnement global / Température moyenne de l’air

- Les conditions de visibilité sont relevées à l’heure du passage du satellite à la station Météo-France de Mauguio. - Le rayonnement global quotidien et la température moyenne de l’air sont issus de la station de Gignac la plus

proche du site d’étude.

- Le produit MOD04 correspond à une estimation de la qualité de l’atmosphère à partir des bandes visibles du capteur MODIS de la NASA. Ces données, comprises entre 0 et 1, sont acquises à 12h30 locale et correspondent au pixel de 10 x 10 km2 _{de notre zone d’étude (43°41’15’’N et 3°36’35’’E).}

Il est difficile de juger de la pertinence des observations du Tableau 43 puisque le site d’étude se situe à 30 kilomètres à l’intérieur des terres alors que la station de Mauguio est localisée à l’aéroport international de Montpellier sur le littoral. Dans ces conditions maritimes, la nébulosité du ciel varie beaucoup sur de courtes distances. La station de Gignac proche du causse d’Aumelas ne dispose pas de données de visibilité. En revanche on peut calculer sur une journée le rapport entre le rayonnement global solaire et la température moyenne de l’air pour identifier les images pour lesquelles l’atmosphère est la plus perturbatrice.

L’estimation de ces perturbations est aussi réalisée par le capteur satellitaire MODIS qui propose une source supplémentaire d’informations. En conclusion, sur les sept images, deux semblent plus voilées : 27 juillet et 27 août 2001.

2.3.3.3. MÉTHODES DE CORRECTION

Il existe plusieurs méthodes pour corriger les effets de l’atmosphère sur la réflectance des images satellitaires. L’Équation 24 reste valable pour tous les modèles mais par rigueur de notation les comptes numériques initiaux

C

sont transformés en comptes numériques

corrigés

x

x

C~ .

2.3.3.3.1. M

ODÈLES GLOBAUX

Pour quantifier précisément les perturbations du signal causées par l’atmosphère, certains modèles globaux de correction se basent sur des données externes multisources décrivant la composition de l’atmosphère. On fait alors appel aux satellites géostationnaires et aux modèles météorologiques pour décrire la composition en trois dimensions de l’atmosphère (teneurs en vapeur d’eau, ozone, aérosols…) à partir de mesures directes et d’estimations plus ou moins précises.

On distingue ainsi les modèles de transfert radiatif 6S (Second Simulation of the Satellite Signal in the Solar Spectrum) (Vermote et al., 1995 et 1997) et LOWTRAN (Kneizys et al., 1988) qui intègrent beaucoup de paramètres pour estimer les propriétés optiques de l’atmosphère (et ses effets sur la perturbation).

Les données à basse résolution du capteur VEGETATION du satellite SPOT (capteur proche d’HRVIR) sont quant à elles corrigées en routine par le modèle global SMAC (Simplified Method for Atmospheric Correction) développé par Rahman et Dedieu (1994).

Ces modèles globaux de correction réduisent grandement les perturbations du signal mais nécessitent toujours des données complémentaires issues de mesures, de base de données ou d’autres modèles. La précision est d’autant plus grande que la composition de l’atmosphère est connue.

2.3.3.3.2. M

ÉTHODE

D

ARK

O

BJECT

S

UBTRACTION

DOS

Cette méthode, discutée par de nombreux auteurs (Vincent 1972, Chavez 1975, 1988, 1989), consiste en un réétalonnage des comptes numériques pour chaque bande des images. On se base sur l’observation d’objets noirs (Dark Object) pour corriger les comptes numériques initiaux, selon la relation :

Équation 26. Z x x

C

C

C

τ

min

~

−

=

,

avec

C

_x le compte numérique de la bande x, min

C le compte numérique minimal de la bande x d’une image, correspondant à un objet noir, Z

τ

la transmissivité de l’atmosphère.

Dans la plupart des modèles,

τ

Z est négligé. Ainsi l’Équation 26 se simplifie et on a :

Équation 27. min

~

C C

C_x = _x− ,

avec

C

_x le compte numérique de la bande x, min

C le compte numérique minimal de la bande x d’une image, correspondant à un objet noir.

La méthode DOS a l’avantage de se baser uniquement sur des données de télédétection et ne nécessite aucune mesure complémentaire sur le terrain. Par contre pour des réflectances supérieures à 15%, la précision du modèle est moins bonne. La détermination sur l’image des comptes numériques minimaux est délicate et peut influencer sensiblement le résultat (Chavez, 1996).

2.3.3.3.3. M

ÉTHODE

COST

Selon Chavez (1996), dans la méthode DOS

τ

Z est difficile à déterminer sans mesure précise. Il propose donc une approximation de

τ

Z en l’exprimant comme le cosinus de l’angle zénithal solaire, d’où le nom de la méthode COST (cosinus de tau). Dans ce cas, Chuvieco et al. (2002) et Huang et al. (2002) remarquent que

τ

Z peut être surestimé lorsque le ciel est très limpide (

τ

Z petit), le soleil haut sur l’horizon (> 60°) et pour des grandes latitudes (> 60°N).

2.3.3.3.4. M

ÉTHODE RETENUE

En l’absence de données complémentaires sur la composition de l’atmosphère, nous utilisons la méthode la plus simple basée sur l’image, soit le modèle DOS simplifié de l’Équation 27. Pour chaque image et chacune des 4 bandes du capteur HRVIR nous identifions les valeurs minimales des comptes numériques. Ce sont des invariants.

La correction moyenne des valeurs de réflectance des sept images SPOT est importante dans le visible et faible dans l’infrarouge : 21% pour le canal Vert, 9% pour le canal Rouge et moins de 1% pour les canaux proche et moyen infrarouge. Les perturbations atmosphériques sont en effet majoritaires dans le visible.

Dans le document Suivi multi-échelle par télédétection et spectroscopie de l'état hydrique de la végétation méditerranéenne pour la prévention du risque de feu de forêt (Page 144-147)