Les produits satellitaires d’eau du sol : humidité de la couche

L’humidité superficielle du sol simulée par le modèle ISBA-A-gs a été confrontée à deux jeux de données satellitaires : le produit satellitaire AMSR-E et le jeu de données satellitaires combinées et harmonisées WACMOS.

AMSR-E (

Advanced Microwave Scanning Radiometer on the Earth Observing System

)

L’instrument AMSR-E (Njoku et al., 2003) est un radiomètre micro-ondes (système passif) qui mesure l’intensité des radiations émises par la surface terrestre (les températures de brillance). Il a été lancé en décembre 2002 et offre notamment la possibilité de travailler avec de faibles fréquences ; en effet, l’intensité radiative émise par la surface terrestre est mesurée à six fréquences différentes dans une gamme allant de 6.9

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GHz (résolution spatiale d’environ 60 kilomètres) à 89 GHz (résolution jusqu’à 5 kilomètres), en polarisations horizontale et verticale. AMSR-E passe par l’équateur à environ 1:30 A.M et 1:30 P.M et son angle d’incidence est constant et égal à 54.8°. Il présente l’avantage de doubler la résolution spatiale de ses 2 précurseurs, à savoir des radiomètres SMMR (Scanning Multichannel Microwave Radiometer) et SSM/I (Special Sensor Microwave/Imager). Leese et al. (2001) ont noté que la résolution spatiale de 50 km était suffisante pour la détermination de l’humidité du sol sur une base journalière à des fins hydrométéorologiques. Plus de détails sur les aspects techniques de ces différents produits satellitaires sont donnés dans Njoku et li (1999). Les données d’humidité du sol AMSR-E sont disponibles sur la période 2003-2008 et enregistrées sous la projection cylindrique globale EASE-Grid (Equal-Area Scalable Earth Grid). Elles sont fournies sur une grille de 0.25° et à une fréquence de deux images par jour, l’une correspondant à l’orbite ascendante et l’autre à l’orbite descendante (Njoku, 2004). Pour comparer ces données à l’humidité superficielle ISBA-A-gs, les données fournies ont été agrégées sur la grille de 0.5°.

WACMOS

(WAter Cycle Multimission Observation Strategy) / ESA-CCI Soil Moisture

Le projet WACMOS (devenu aujourd’hui le projet ESA-CCI Soil Moisture) a été créé à l’initiative de l’ESA (European Space Agency) dans le but de produire à l’échelle globale des variables clés du cycle de l’eau, à savoir l’évapotranspiration, l’humidité du sol, le couvert nuageux et la vapeur d’eau. Dans le cadre de ce projet, différents jeux de produits satellitaires d’humidité ont été combinés et harmonisés pour générer une longue série d’humidité superficielle à l’échelle globale, couvrant la période 1978–à nos jours (Liu et al., 2011). Cette série prend en compte les satellites micro-ondes à systèmes passifs et actifs, capables de pénétrer le couvert nuageux et sensibles à l’eau dans le sol (Wagner et al., 2003 ; Wen et al., 2003 ; Njoku et al., 2003 ; Owe et al., 2008 ; Gao et al., 2006 ; McCabe et al., 2005a et 2005b). Ainsi, la série WACMOS d’humidité superficielle du sol est basée (Fig. 4) sur les produits satellitaires suivant :

- SMMR (1978-1987) : the Scanning Multichannel Microwave Radiometer - SSM/I (1987-présent) : the Special Sensor Microwave Imager

- TRMM (1997-présent) : the microwave imager from the Tropical Rainfall Measuring Mission

- AMSR-E (2003-2008) : the Advanced Microwave Scanning Radiometer EOS - ERS-1 (1992-2000) : European Remote Sensing scatterometer 1

- ERS-2 (1996-2011) : European Remote Sensing scatterometer 2

- ASCAT (2007-présent) : Advanced Scatterometer (embarqué sur le satellite MetOp).

A partir des mesures satellitaires, l’humidité du sol est calculée grâce à deux algorithmes différents, suivant que le système considéré est passif ou actif : les températures de brillance issues des systèmes passifs sont converties en humidité superficielle du sol grâce à un algorithme développé par l’Université d’Amsterdam en

Systèmes passifs

Systèmes actifs

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collaboration avec la NASA (Owe et al., 2008) alors que les données issues des systèmes actifs sont calculées à partir d’un autre algorithme (Wagner et al., 1999 ; Bartalis et al., 2007) développé à l’Université de Technologie de Vienne (TU-WIEN). De plus, il a été montré que les systèmes passifs donnent de meilleurs résultats que les systèmes actifs sur les régions arides (Vischel et al., 2008 ; Brocca et al., 2010 ; Gruhier et al., 2010 ; Rüdiger et al., 2009 ; Draper et al., 2009, Wagner et al., 2007). La méthode combinant et harmonisant les différents produits satellitaires revient à tirer partie au mieux des atouts respectifs des systèmes passifs et actifs. Afin d’ajuster les différentes séries de données considérées, elles sont dans un premier temps corrigées à partir des sorties d’humidité superficielle du sol produite par le modèle GLDAS-Noah (Global Land Data Assimilation System, Rodell et al., 2004), grâce à un « CDF-matching » simple. Liu et al. (2011) ont étudié les conséquences du « CDF-matching » sur les données des systèmes passifs et actifs et ont conclu que cette approche n’affectait pas la qualité des données satellitaires originales.

Figure 15. Mise en évidence des zones à faible (bleu) et à forte (rouge) densité de végétation et des zones intermédiaires (orange) à l’échelle globale et données utilisées pour construire la série

recombinée et harmonisée WACMOS : (a) 1991-1997 (les région couvertes par les systèmes passifs, actifs et les deux moyennés représentent respectivement, 32%, 66.5% et 1.5%) ; (b) 1998-2002 (33.6, 59.6 et 6.8%) ; (c) 2002-2006 (33.1, 53.8 et 13.1%) et (d) 2007-2008 (33.4, 54.1

et 12.5%). Les zones blanches représentent les zones à trop forte densité de végétation et les zones à sol gelé ou recouvert de neige. (Source : Liu et al., 2012)

Une fois les données corrigées, la série WACMOS d’humidité du sol est constituée comme suit (Liu et al., 2012):

- sur les zones à faible densité de végétation, seule la donnée corrigée et issue de la mesure avec le système passif est considérée.

- sur les zones à forte densité de végétation, à l’inverse, seule la donnée corrigée et issue de la mesure avec le système actif est considérée.

- sur les zones intermédiaires, toutes les valeurs corrigées sont moyennées. Les différentes zones apparaissent sur la figure 15 et permettent donc de savoir quelles données, suivant la période et la zone que l’on étudie, sont considérées.

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Dans le document Hydrologie spatiale pour le suivi des sécheresses du bassin méditerranéen (Page 120-123)