Cette section récapitule la liste des produits alti-hydrologiques dont nous avons pu quantifier la qualité à l’aide de la Méthode Standard de Quantification de la Qualité des Produits Alti-Hydrologiques.
À l’heure actuelle, à notre connaissance, seuls quelques produits alti-hydrologiques ont été développés et distribués dont CASH, River & Lake Hydrology et HydroWeb. Dans le cadre de cette thèse, nous avons analysé les deux premiers (CASH et River & Lake Hydrology) ainsi qu’un grand nombre de produits alti- hydrologiques que nous avons générés à partir des produits altimétriques existants.
Nous avons pour cela développé une chaîne modulaire de génération de produits alti-hydrologiques à partir de produits altimétriques, chaîne que nous présentons au § 7.2.2. Les modules (déjà introduits au chapitre 3) correspondent à des opérations de fenêtrage, sélection et filtrage des mesures altimétri- ques. Comme nous allons le voir plus bas (§ 7.2.2), nous avons volontairement mis en œuvre plusieurs variantes de cette chaîne de génération (différents ordonnancements de modules) de manière à montrer les qualités et défauts des produits alti-hydrologiques résultants.
Ceci nous permet de mieux appréhender les gains de qualité obtenus par différentes méthodes de fenêtrage, sélection et filtrage des mesures altimétriques.
7.2.1 Produits alti-hydrologiques « prêts à l’emploi »
Comme nous l’avons déjà dit, les produits alti-hydrologiques sont peu nombreux, mais ils on l’avan- tage d’être des produits optimisés pour les applications en hydrologie, nous pourrons donc (et nous de- vons) les utiliser tels quels. Cette démarche nous permettra de confronter les résultats publiés en rapport avec ces produits à ceux que la Méthode Standard de Quantification de la Qualité des Produits Alti-Hy- drologiques permet d’obtenir. L’importance d’une méthode standard, encore une fois, est fondamentale car elle permet à quiconque de quantifier dans un référentiel de qualité commun les performances de produits alti-hydrologiques de tous horizons.
Voici dans les sous-sections suivantes les produits alti-hydrologiques dont nous avons quantifié des mesures altimétriques.
1
7.2.1.1 Produit alti-hydrologique « CASH »
Ce produit a été généré dans le cadre du projet « CASH », il est disponible gratuitement sur le site web du projet2. Les séries temporelles altimétriques sont fournies sous forme de fichier NetCDF (voir § 2.3.2, page 66).
7.2.1.2 Produits alti-hydrologiques « River & Lake Hydrology »
Le produit alti-hydrologique est issu d’un travail de retracking mené par l’équipe de De Monfort University (équipe E.A.P.R.S.) dans le cadre du projet River & Lake. Ce produit est constitué de deux variantes selon que les séries temporelles alti-hydrologiques sont dérivées des mesures altimétriques de la mission ERS-2 ou bien de la mission ENVISAT. Les valeurs de range sont estimées à partir des formes d’onde de ces deux missions altimétriques à l’aide d’un système expert équipé d’une douzaine d’algorithmes de retracking spécialisés.
Dans le cadre d’un projet d’analyse de la qualité du produit « River & Lake Hydrology », un par- tenariat s’est organisé entre l’ESA, De Montfort University (équipe E.A.P.R.S.) et le Cemagref (UMR TETIS). A notre demande, l’équipe de De Montfort University a construit des séries temporelles alti- hydrologiques sur 50 stations virtuelles du bassin amazonien (parmi 93 que nous avions définies3). Les séries temporelles alti-hydrologiques résultantes nous ont été fournies sous la forme ASCII du produit «River & Lake Hydrology » [RLH, 2006].
7.2.1.3 Produit alti-hydrologique « [∼Birkett 2002] »
Charon Birkett et al. ont publié dans [Birkett et al., 2002] les résultats de comparaison directe entre des séries temporelles alti-hydrologiques issues de 34 stations virtuelles définies aux intersections entre les traces de Topex/Poseidon et quelques fleuves, lacs et zones d’inondations du bassin amazonien et des «séries temporelles in-situ modifiées » construites à partir de la station limnimétrique la plus proche de la trace. Parmi ces stations virtuelles, 14 sont positionnées sur des cours d’eau (cf. § A.3), les 20 restantes principalement sur des zones d’inondation.
Les séries temporelles alti-hydrologiques générés par [Birkett et al., 2002] sont issues du produit alti- métrique AVISO/M-GDR auquel est appliqué un filtrage spécifique non précisé (probablement en partie par expertise).
Chaque série temporelle in-situ modifiée est construite à partir de la série temporelle de la station lim- nimétrique la plus proche de la trace, à laquelle est appliqué (1) un décalage vertical arbitraire de manière à minimiser l’écart en hautes eaux (similaire à la correction de hautes eaux présentée au chapitre 6) ; (2) un décalage temporel (ou déphasage) mis en œuvre de manière à minimiser l’erreur RMS.
Le produit alti-hydrologique de [Birkett et al., 2002] n’étant pas disponible, nous l’avons « recons- truit » à partir du même produit altimétrique (AVISO/M-GDR) afin de comparer notre Méthode Standard de Quantification de la Qualité des Produits Alti-Hydrologiques à la méthode employée par Birkett et al. pour quantifier la précision (RMS seulement) des mesures altimétriques de Topex/Poseidon sur quelques stations virtuelles du bassin amazonien.
Nous avons généré ce produit au plus proche de celui généré par [Birkett et al., 2002] (méthode non décrite), en utilisant :
– le même produit altimétrique source que celui employé par [Birkett et al., 2002] : AVISO/M-GDR (Topex/Poseidon),
2
http:// ocean.cls.fr/ html/ cash/ donnees/ access_fr.html
3Il est à noter que la moitié environ des 93 stations virtuelles définies n’ont pas permis de générer de séries temporelles
«exploitables » : la raison donnée par l’équipe de De Montfort University est que les fenêtres d’extraction géographiques
étaient trop étroites. Ce fait nous semble surprenant car la fréquence des mesures le long de la trace pour ces deux missions est de 20Hz (300m d’espacement entre deux mesures environ, soit deux fois mieux que Topex/Poseidon pour des fenêtres
– le fenêtrage des stations virtuelles fourni dans l’article [Birkett et al., 2002], – la meilleure chaîne de filtrage des séries temporelles altimétriques (cf. § 7.5.1). Ce produit alti-hydrologique est noté [∼Birkett 2002] dans la suite de ce chapitre.
7.2.2 Produits alti-hydrologiques dérivés des produits altimétriques
7.2.2.1 Les produits altimétriques
Les produits alti-hydrologiques que nous avons construits à l’aide de notre chaîne modulaire sont issus de six produits altimétriques (les cinq premiers sont décrits en détail au chapitre 2) :
– Le produit altimétrique « AVISO/M-GDR » issu de la mission altimétrique Topex/Poseidon. – Quatre produits altimétriques « CLS » issus du retracking des formes d’ondes de Topex/Poseidon à
l’aide du segment sol de la mission ENVISAT disposant de quatre algorithmes de retracking : Ice1, Ice2, Ocean et SeaIce.
– Un sixième produit altimétrique, variante du produit altimétrique CLS, que nous avons construit en rassemblant dans une même série temporelle les mesures altimétriques issues des quatre algorithmes de retracking. Ce produit hybride est décrit ci-dessous.
Génération du produit altimétrique hybride « CLS - Topex/Poseidon - clsmix »
Le produit altimétrique fourni par CLS met en œuvre quatre algorithmes de retracking différents sur les mêmes échos radar. Les quatre valeurs de range interprétées par ces quatre algorithmes sont stockées dans le même enregistrement altimétrique, et exploitent les mêmes variables de géoréférencement, de corrections du range, d’altitude (orbite), etc.
L’homogénéité des traitements des mesures altimétriques issues de ces quatre algorithmes permet de travailler dans un système de référence commun à ces quatre jeux de données.
Cette particularité du produit altimétrique fourni par CLS nous permet de dériver un5èmejeu de don- nées à partir de la fusion de ces quatre jeux de données orignaux. Les intérêts d’une telle fusion sont multiples, et permettent notamment :
– d’augmenter les chances d’obtenir au moins une mesure altimétrique individuelle par passage du satellite, améliorant ainsi la période d’échantillonnage effective,
– d’améliorer éventuellement la qualité globale des séries temporelles alti-hydrologiques car le pro- cessus de sélection d’une mesure par passage du satellite est effectué sur un nombre de mesures théoriquement quatre fois plus grand.
La fusion des données des quatre algorithmes de retracking intervient à l’amont de la chaîne de géné- ration des produits alti-hydrologiques, et donc nécessairement avant de procédér à la « sélection d’une mesure par passage ». La fusion des séries temporelles est relativement simple : pour chacune des sta- tions virtuelles, les séries temporelles sont concaténées, le résultat de la concaténation est enfin trié par ordre chronologique des mesures de manière à obtenir une série temporelle tout à fait ordinaire, elles sont donc pleinement exploitables pour la suite des traitements. Le fait que de multiples mesures altimé- triques individuelles soient acquises aux mêmes dates n’a pas d’incidence sur la Méthode Standard de Quantification de la Qualité des Produits Alti-Hydrologiques et ses différents modules de traitement.
7.2.2.2 Génération de produits alti-hydrologiques à partir de produits altimétriques
La chaîne modulaire de génération des produits alti-hydrologiques à partir de produits altimétriques est illustrée dans la figure 7.1.
La séquence des modules permet de réaliser un fenêtrage géographique des données [module 1], un filtrage des mesures jugées non pertinentes (sur des critères portant sur l’état des variables qui accom- pagnent chaque mesure altimétrique individuelle, au sein des enregistrements altimétriques) [module 2],
la sélection d’une mesure représentative par passage du satellite [module 3] et des filtrages complémen- taires de nature statistique [module 4 à 6].
Nous avons créé sept variantes de cette chaîne modulaire en modifiant l’agencement des modules 3 à 6 comme illustré dans la figure 7.1. Nous pouvons ainsi, pour un même produit altimétrique, générer sept produits alti-hydrologiques.
FIG. 7.1: Schéma des différentes chaînes de génération des produits alti-hydrologiques mises en œuvre sur les produits altimétriques AVISO et CLS.
Produits alti-hydrologiques « PB » : Générés en appliquant seulement l’étape (indispensable) de sélection d’une mesure représentative par passage du satellite, ils permettent d’obtenir des séries tempo- relles potentiellement utilisables pour des applications en hydrologie. Nom de la chaîne de génération : "opp" (de l’acronyme anglais « One Per Passage »).
Produits alti-hydrologiques « P1 » : Générés en appliquant l’étape de sélection d’une mesure repré- sentative par passage du satellite, suivi d’un filtrage global (àK = 3). Nom de la chaîne de génération : "opp-fg3s".
Produits alti-hydrologiques « P2 » : Générés en appliquant l’étape de sélection d’une mesure repré- sentative par passage du satellite, suivi d’un filtrage global (àK = 3) et d’un filtrage calendaire récursif àK = 2, 5. Nom de la chaîne de génération : "opp-fg3s-fcr2p5".
Produits alti-hydrologiques « P3 » : Générés en appliquant l’étape de sélection d’une mesure repré- sentative par passage du satellite, suivi d’un filtrage calendaire récursif àK = 2, 5. Nom de la chaîne de génération : "opp-fcr2p5".
Produits alti-hydrologiques « P4 » : Générés en reprenant les étapes appliquées au produit alti-hy- drologique « P1 » où le processus de sélection d’une mesure représentative par passage du satellite a été déplacé en fin de chaîne. Nom de la chaîne de génération : "fg3s-opp".
Produits alti-hydrologiques « P5 » : Générés en reprenant les étapes appliquées au produit alti-hy- drologique « P2 » où le processus de sélection d’une mesure représentative par passage du satellite a été déplacé en fin de chaîne. Nom de la chaîne de génération : "fg3s-fcr2p5-opp".
Produits alti-hydrologiques « P6 » : Générés en reprenant les étapes appliquées au produit alti-hy- drologique « P3 » où le processus de sélection d’une mesure représentative par passage du satellite a été déplacé en fin de chaîne. Nom de la chaîne de génération : "fcr2p5-opp".
L’ensemble de ces combinaisons permet d’obtenir42 produits alti-hydrologiques différents constuits à partir de six 6 produits altimétriques et de7 variantes de la chaîne modulaire de génération des produits alti-hydrologiques. Ces42 produits alti-hydrologiques exploités sur 77 stations virtuelles nous permettent de construire3234 séries temporelles alti-hydrologiques.
7.2.3 Liste des produits alti-hydrologiques utilisés
A titre de référence, la table 7.1 présente de façon synthétique la liste de tous les produits alti-hy- drologiques dont nous avons quantifié la qualité des mesures ainsi que le nombre de séries temporelles alti-hydrologiques fournies (f) ou générées (g) :
Fournisseur Tracker/ Mission Nb Chaîne « produit alti-hydrologique » Total Nb
ou Nom Retracker Prd1 n.c. PB P1 P2 P3 P4 P5 P6 VS ST2
Birkett2002 Ocean T/P 1 - - - X - 14 14 (g)
CASH Mélange T/P 1 X - - - 10 10 (f)
River & Lake Mélange Envisat 1 X - - - 42 42 (f)
River & Lake Mélange ERS-2 1 X - - - 43 43 (f)
AVISO Ocean T/P 7 - X X X X X X X 77 539 (g) CLS Ice1 T/P 7 - X X X X X X X 77 539 (g) CLS Ice2 T/P 7 - X X X X X X X 77 539 (g) CLS Ocean T/P 7 - X X X X X X X 77 539 (g) CLS SeaIce T/P 7 - X X X X X X X 77 539 (g) CLS Mélange T/P 7 - X X X X X X X 77 539 (g) 1
Nombre de produits alti-hydrologiques Total 3343
2
Nombre de séries temporelles alti-hydrologiques