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Submitted on 6 Jun 2020
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Caractérisation de l’îlot de chaleur urbain sur Toulouse lors de la POI hiver de CAPITOUL à partir de mesures
IRT aéroportées
Jean-Pierre Lagouarde, Grégoire Pigeon, Mark Rankin Irvine, Valéry Masson
To cite this version:
Jean-Pierre Lagouarde, Grégoire Pigeon, Mark Rankin Irvine, Valéry Masson. Caractérisation de
l’îlot de chaleur urbain sur Toulouse lors de la POI hiver de CAPITOUL à partir de mesures IRT
aéroportées. Atelier PNTS – La très haute résolution spatiale en télédétection urbaine, Sep 2007,
Nantes, France. 1 p., 2007. �hal-02822315�
Rural and peri-urban (0512 flight) February 25 2005 22:50 - 23:14 UT
-6 -4 -2 0 2 4 6 8
0 200 400 600 800 1000 1200
arbitrary time scale (sequential image numbers)
Surface temperature (°C)
Rural and peri-urban (0509 flight) February 24 2005 09:52 - 10:14 UT
0 2 4 6 8 10 12 14
800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800
arbitrary time scale (sequential image numbers)
Surafce temperature (°C)
R ural and peri-urban (0510 flight) February 24 2005 22:47 - 23:05 U T
-6 -4 -2 0 2 4 6 8
1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600
arbitrary time scale (seq uential im age num bers)
Surface temperature (°C)
Rural and peri-urban (0511 flight) February 25 2005 14:29 - 14:49 UT
6 8 10 12 14 16 18 20
0 200 400 600 800 1000 1200
arbitrary time scale (sequential image numbers)
Surface temperature (°C)
Urban and peri-urban (0510 flight) February 24 2005 21:45 - 22:42 UT
-6 -4 -2 0 2 4 6 8
-140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140
arbitrary time scale (sequential image numbers centered on Capitole)
Surface temperature (°C)
cap 177 cap 357 cap 043 cap 220 cap 223 cap 088 cap 269 cap 134 cap 314
Urban and peri-urban (0509 flight) February 24 2005 09:06 - 09:52 UT
0 2 4 6 8 10 12 14
-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140
arbitrary time scale (sequential image numbers centered on Capitole)
Surafce temperature (°C)
cap 311 cap131 cap 176 cap 357 cap 217 cap 029 cap 087
Urban and peri-urban (0511 flight) February 25 2005 13:52 - 14:27 UT
6 8 10 12 14 16 18 20
-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100
arbitrary time scale (sequential image numbers centered on Capitole)
Surface temperature (°C)
cap 207 cap 025 cap 116 cap 306 cap 345 cap 165 cap 252 cap 080
Urban and peri-urban (0512 flight) February 25 2005 21:56 - 22:50 UT
-6 -4 -2 0 2 4 6 8
-140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140
arbitrary time scale (sequential image numbers centered on Capitole)
Surface temperature (°C)
cap 178 cap 358 cap 043 cap 222 cap 088 cap 268 cap 135 cap 313
PU U PU
U U
PU
PU PU PU
U PU
PU
Introduction
Dispositif expérimental
Résultats
L’ilôt de chaleur urbain –qui se traduit par une température plus élevée des zones densément construites– trouve son origine dans plusieurs facteurs affectant le bilan d’énergie des zones urbanisées : absorption importante du rayonnement en relation avec la structure du milieu (effet ‘canyon’), propriétés thermo-radiatives des matériaux, faible taux de couverture végétale, présence de nombreuses sources d’origine anthropique (chauffage, transports..), présence éventuelle de polluants (Oke, 1982; Arnfield, 2003). L’ilôt affecte les températures de surface (Roth and Oke 1989; Voogt and Oke 1998) comme celles de l’air (Oke, 1976). La caractérisation de l’ilôt de chaleur urbain –particulièrement marqué en conditions hivernales– est motivée par :
• son impact sur la couche limite urbaine (brises, dispersion de polluants, qualité de l’air..)
• l’analyse des microclimats et le confort urbain (santé humaine), l’impact à long terme de l’urbanisation sur le climat … Les résultats de la POI hiver de CAPITOUL (Février 2005) sont présentés ici.
Remerciements :
Ce travail a été réalisé avec le soutien du PNTS (projet CLU/TUE). Les auteurs remercient également l’équipe SAFIRE (réalisation des campagnes aéroportées)
Caractérisation de l’îlot de chaleur urbain sur Toulouse lors de la POI hiver de CAPITOUL à partir de mesures IRT aéroportées
Jean-Pierre Lagouarde(1), Grégoire Pigeon(2), Mark Irvine (1), Valéry Masson(2)
(1)INRA, UR1263 EPHYSE, 71 avenue E. Bourlaux, 33140 Villenave d’Ornon, France (2)Météo France CNRM, 42 av Coriolis, 31057 Toulouse, France
ATELIER PNTS – La très haute résolution spatiale en télédétection urbaine
Ecole Centrale de Nantes, 25-26 sept.2007
Les mesures IRT sont effectuées à l’aide de 2 caméras IRT placées à bord d’un bimoteur (Piper Aztec PA23 de SAFIRE http://www.safire.fr/). Les 2 caméras INFRAMETRICS M740 et FLIR SC2000 sont équipées d’objectifs de 80 et 24°respectivement et inclinées vers l’arrière de 10 et 50°(dans le but de caractériser également les effets angulaires). La vitesse de l’avion est de 70 ms-1, et les fréquences d’acquisition des images sont de 1 et 4.3 Hz respectivement. Les 2 caméras ont été inter-calibrées au laboratoire. Les distorsions radiométriques et géométriques sont corrigées.
Protocole de vol
Plusieurs axes de vol courts (6 à 8 km) parcourus dans des directions à 45°et se croisant au centre ville permettent de caractériser la variabilité de la température de surface dans l’agglomération. Des transects plus longs (20 à 30 km) au-dessus de zones rurales et péri-urbaines au Nord et au Sud de Toulouse sont également effectués.
Flight direction
SC2000 M740 Schematic positionning of the 2 TIR cameras aboard the aircraft. The overlap of the 2 FOV is indicated by the dashed area. In grey the±20°zenital viewing cone indicating the averaging area for surface temperatures.
Flight direction
SC2000 M740 Schematic positionning of the 2 TIR cameras aboard the aircraft. The overlap of the 2 FOV is indicated by the dashed area. In grey the±20°zenital viewing cone indicating the averaging area for surface temperatures.
Positionnement relatif des 2 caméras à bord.
La zone de superposition des 2 champs (hachures) permet de vérifier en continu la calibration de la M740 par référence à la SC2000. La zone grisée indique le champ de
±20°dans lequel la température de surface moyenne (M740) est estimée.
Traitement des données
Après vérification en continu en vol de la calibration de la caméra M740 par comparaison avec la SC2000 sur la zone de superposition des images, une température moyenne sur un cône de ±20°autour du nadir (minimisant l’anisotropie directionnelle) est calculée. Elle est ensuite corrigée des effets atmosphériques à l’aide de LOWTRAN 7 avec une hypothèse d’émissivité de 0.95 pour les zones bâties et 0.97 pour les zones rurales.
Flight Urban Rural UHI intensity
0510 2 - 3 -2 4 - 5
Night time
0512 3 - 4 -1 +1 3 - 4
0509 6 - 7 6 - 7 0
Day time
0511 16
∼∼ 13 - 14 ∼∼2 - 3
Flight Urban Peri- urban
Rural UHI intensity
0510 1.0 -0.8 -1.0 2
Night time
0512 0.9 -0.9 -1.1 2
0509 3.1 2.7 2.7 0.4
Day time
0511 6.3 5.6 5.4 0.9
Fluctuations de température de surface Tsà fréquence spatiale élevée (quelques centaines de mètres) en relation avec la diversité des surfaces (eau, Garonne, places, parcs…). De nuit (vols 0510 et 0512) mise en évidence d’un îlot de chaleur urbain avec des différences en température de 4 et 5° pour les 24 et 25 février respectivement entre l’urbain dense (centre ville) et le péri-urbain (table I). De jour, températures similaires sur l’urbain et le péri-urbain. Les zones rurales apparaissent légèrement (0.5°) plus chaudes le matin au contraire de l’après-midi. Effet de déphasage dû au stockage de chaleur?
La comparaison avec les températures de l’air Ta(moyennées sur des pas de temps de 12 minutes et sur 4, 13 et 3 stations pour le centre ville, le péri-urbain et le rural areas respectivement) révèle le même comportement spatial, mais avec des contrastes plus faibles et inférieurs à ceux mentionnés dans la littérature (Barring et al., 1985).
De nuit les écarts Ts - Tasont de signe opposé (>0 sur la ville, <0 sur le rural) : ceci est lié à un flux de chaleur sensible dirigé vers le haut sur la ville en lien avec les sources d’origine anthropique (chauffage des bâtiments en particulier).
Conclusions
♦♦
♦♦
Résultats obtenus sur CAPITOUL cohérents avec ceux de la littérature
♦♦
♦♦
Température de surface bien adaptée à la caractérisation de l’îlot de chaleur urbain, avec des contrastes plus marqués que la température de l’air
♦
♦
♦
♦
A tester :
•
analyse de l’impact des effets anthropiques sur l’intensité de l’îlot par comparaison des données des POI automne (Septembre, Octobre 2004) et hiver (février 2005)
•
analyse fine de la relation entre occupation du sol (NDVI, CORINE land cover) et températures nocturnes
•
comparaison des mesures aéroportées avec des données satellitaires (AVHRR, ASTER) en vue de spatialiser l’îlot
Lagouarde J.-P., Pigeon G., Irvine M., Masson V. (2006): Analysis of the urban heat island from TIR airborne data : first results obtained during the CAPITOUL experiment over the city of Toulouse, 2nd International Symposium ‘Recent Advances in Quantitative Remote Sensing’, Torrent Valencia, Espagne, 25-29 septembre 2006. 5 pp.J-P. Lagouarde, G.
Pigeon, N. Long, M. Irvine, V. Masson (2007): Characterization of the urban heat island over Toulouse using airborne TIR measurements. Soumis à Meteorology and Atmospheric Physics, special issue CAPITOUL.
