Publication : « Estimating surface soil moisture over Sahel using ENVISAT radar altimetry »

Ces travaux ont fait l’objet d’un article publié en 2012, dont l’intégralité constitue la partie suivante.

Les co-auteurs sont : Christophe Fatras, Frédéric Frappart, Eric Mougin, Manuela Grippa et Pierre Hiernaux.

Publié dans Remote Sensing of Environment en avril 2012. Volume 123, pages 496–507

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5. Conclusion du chapitre

L’analyse des données radar altimétriques en provenance d’ENVISAT RA-2 et de Jason-2 a mis en évidence la complémentarité d’une visée radar au nadir par rapport à une visée latérale pour le suivi des surfaces en zone semi-aride. Sur les déserts et les forêts, les coefficients de rétrodiffusion altimétriques et diffusiométriques sont globalement stables. Toutefois, un cycle annuel induisant une variation de ±1 dB pour la diffusiométrie sur le désert de pierre est dû au changement de sens du vent ; ce cycle n’est pas vu pour la visée au nadir. Une explication similaire pourrait expliquer les faibles variations également observées sur les sites de désert de sable. Les coefficients de rétrodiffusion sont reliés aux variations de l’humidité du sol, ce qui fait que sur les savanes, les coefficients de rétrodiffusion altimétriques (tout comme les diffusiométriques) montrent une saisonalité très marquée, avec des valeurs plus importantes en saison humide qu’en saison sèche. La corrélation entre le coefficient de rétrodiffusion altimétrique et l’humidité du sol dépend essentiellement de la distance entre le site de mesure in-situ et la trace altimétrique, de la présence d’eau de surface dans la tache au sol altimétrique, de la topographie du site et de l’algorithme de retracking choisi. La relation entre l’humidité du sol et le coefficient de rétrodiffusion altimétrique sur les sols sableux semble linéaire, ce qui permet d’estimer directement l’humidité du sol à partir du coefficient de rétrodiffusion altimétrique sur les zones semi-arides. L’altimétrie réagit en premier par rapport à la diffusiométrie quant au changement de l’humidité du sol observé, ce qui est une conséquence de la plus grande sensibilité à l’humidité du sol au nadir. En effet, la visée latérale apporte une contribution mixte entre l’humidité du sol et la végétation. Ainsi, le couvert végétal, sur les zones semi- arides, semble avoir un impact faible sur le coefficient de rétrodiffusion pour la visée altimétrique au nadir.

Les signaux radar altimétrique au nadir varient de 0 à 40 dB environ aux bandes C et Ku. De manière générale, le niveau du coefficient de rétrodiffusion est d’autant plus important que la longueur d’onde est importante (et donc que la fréquence diminue), ce qui implique que le niveau de rétrodiffusion moyen en bande C et supérieur à celui obtenu en bande Ku. A l’inverse, la dynamique entre coefficient de rétrodiffusion en saison sèche et en saison humide est d’autant plus importante que la fréquence augmente (et donc que la longueur d’onde diminue), du moins pour les fréquences considérées.

En sus des bandes S, C et Ku, la bande Ka est utilisée en altimétrie spatiale avec la mission SARAL/AltiKa, et avec la future mission SWOT (prévue pour 2020). Or, très peu de mesures de laboratoire sur surfaces continentales existent pour le moment, ne permettant pas d’estimer l’apport de cette bande de fréquence pour l’estimation de variables hydrologiques continentales telles que l’humidité du sol ou la mesure de l’étendue des

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surfaces inondées. Il devient donc légitime de vouloir mesurer cette rétrodiffusion en bande Ka, aussi bien pour des surfaces en eau que pour des surfaces continentales.

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Ce qu’il faut retenir:

 Les coefficients de rétrodiffusion en provenance d’ENVISAT RA-2 en bande Ku sont reliés aux variations d’humidité du sol de surface

 Nous observons une bonne corrélation entre le coefficient de rétrodiffusion et l’humidité du sol, qui dépend de :

- La distance entre le site de mesure in situ et la trace altimétrique - La présence d’eau de surface dans la tache au sol altimétrique - La topographie du site

- L’algorithme de retracking choisi

 Les données à 18Hz (Ice-1, Ice-2 et Sea Ice) sont plus précises que celles à 1Hz (Ocean), car elles permettent un choix de coefficient de rétrodiffusion plus localisé géographiquement.

 Nous observons une relation linéaire entre l’humidité du sol et le coefficient de rétrodiffusion sur sols sableux.

 Le couvert végétal sur la zone d’étude a un faible impact sur le coefficient de rétrodiffusion.

 Les signaux rétrodiffusés par altimétrie varient de 0 à 40dB aux bandes C et Ku.

 Les signaux rétrodiffusés par diffusiométrie varient de -35 à -5dB aux bandes C et Ku.

 En général, les valeurs sont plus importantes en bande C qu’en bande Ku pour l’altimétrie.

 Un cycle annuel induisant une variation de ±1 dB pour la diffusiométrie sur le désert de pierre est dû au changement de sens du vent ; ce cycle n’est pas vu pour la visée au nadir.

 Sur les savanes, altimètres comme diffusiomètres montrent une saisonnalité très marquée, avec des valeurs plus importantes en saison humide qu’en saison sèche.

 L’altimétrie réagit en premier par rapport à la diffusiométrie au changement d’humidité du sol ; ceci est dû à une plus grande sensibilité à l’humidité du sol au nadir, quand la visée latérale apporte une contribution mixte entre humidité du sol et végétation.

 Sur les régions semi-arides, i.e les savanes, le coefficient de rétrodiffusion suit le régime de mousson : les précipitations déclenchent une hausse de l’humidité du sol induisant une hausse de la rétrodiffusion, d’abord pour l’altimétrie, puis avec la croissance de la végétation, pour la diffusiométrie.

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