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Equipe 1 : Modélisation du fonctionnement et télédétection des surfaces continentales

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Pour toute question ou commentaire , merci de contacter :
Gilles Boulet au CESBIO
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Responsable : Gilles Boulet

Objectifs et cadre des recherches

Il s’agit d’exploiter, améliorer ou développer des modèles plus ou moins complexes répondant aux besoins définis par les projets de recherche. Les modèles utilisés au CESBIO sont nombreux et relèvent principalement de la description des processus d’échanges et de transport d’énergie et de matière à l’interface Sol - Végétation – Atmosphère, des processus de production de biomasse végétale, et des processus de transfert radiatif ou radar permettant la simulation et l’inversion des mesures de télédétection spatiale.

Ces travaux en modélisation s’appuient sur la collaboration des domaines de recherche en physique, en écologie, et sur la collaboration avec les chantiers du CESBIO et la préparation des missions spatiales. D’autre part, les approches adoptées (e.g., modélisations "emboîtée", "intégrée" et "partagée") favorisent la synergie au sein de l’équipe et d’une manière plus générale avec la communauté scientifique nationale et internationale qui développe et utilise des modèles.

mots clefs : modélisation, transfert radiatif (DART), modèles hydrologiques et modèles de fonctionnement (SAMIR, ICARE, ICASTICS, SAFY).

Alimentés par les mesures (e.g., températures de brillance, bilan de masse et d’énergie) issues des chantiers SudOuest et SudMed, et par les données de télédétection spatiale, les modèles deviennent des outils privilégiés de surveillance et de gestion de l’environnement. Ceci est particulièrement important dans un contexte de changement climatique et anthropique fort.

Tous les modèles ont pour point commun l’exploitation, le traitement ou la simulation d’informations provenant de la télédétection. En raison de sa capacité d’observation synoptique et répétitive de la Terre, la télédétection spatiale est à la fois un objet de recherche en modélisation et un outil unique pour alimenter en informations spatialisées, les modèles mécanistes ou empiriques de fonctionnement des surfaces, à différentes échelles de temps et d’espace.Dans cette démarche, plusieurs niveaux de traitements peuvent être mis en place comme l’inversion de mesures avec l’aide de modèles de transfert radiatif ou l’assimilation directe des mesures satellitaires dans des modèles de type fonctionnement des paysages.

La modélisation développée (simulation des paysages et/ou des mécanismes physiques et biologiques concernés) repose essentiellement sur des approches "mécanistes" dont la complexité dépend des processus étudiés et de la structure des paysages. Ainsi, elle sera mono-dimensionnelle (1D), bi-dimensionnelle (2D) ou tri-dimensionnelle (3D) selon les objectifs et les milieux étudiés.

Plusieurs types de modélisation sont développés et mis en œuvre. Principalement :

  1. la modélisation du transfert radiatif pour simuler les données de télédétection et le bilan radiatif.
  2. une modélisation intégrée de l'ensemble des processus (transferts hydriques, photosynthèse, etc.), qui conditionnent le fonctionnement des surfaces continentales,
  3. une modélisation conceptuelle s’appuyant essentiellement sur l’information satellitale.

Un point essentiel est que ces diverses approches sont complémentaires. L'hétérogénéité des milieux étudiés est une contrainte majeure ainsi que la disponibilité et la qualité des données de télédétections exploitées. Ces deux contraintes conditionnent l'ensemble des approches.

  • Modélisation des mesures de télédétection et du bilan radiatif

Ce travail de modélisation concerne en particulier les thèmes "Très haute résolution", "Infrarouge thermique", "Hyperspectral", "Géostationnaire" et "Multitemporel". Elle contribue donc aux chantiers opérationnels du CESBIO ainsi qu’à la préparation des futures missions spatiales pilotées depuis le CESBIO (SMOS, VENμS-GMES, BIOMASS) et à d’autres missions auxquelles le CESBIO collabore (THIRSTY).

  • Modèle DART : simule le transfert radiatif dans le système Terre - Atmosphère, à toute longueur d'onde du visible à l'infrarouge thermique. Le modèle permet de produire des images de télédetection (en réflectance et luminance) sur la base de maquettes 2D ou 3D pour des environnements variés.
  • Modélisation du Fonctionnement des surfaces terrestres

Pour résoudre les problèmes inhérents à l’hétérogénéité du milieu surtout en présence de discontinuités fortes (topographie, parcellaire agricole,...), plusieurs types de modèles sont développés, en tenant compte des différentes échelles spatiales et temporelles des processus étudiés.

Echelle Locale (1D)
En l'absence de modèle mécaniste de cultures capable de simuler les différentes composantes des flux d’eau et de carbone, une modélisation orientée processus est développée. Elle est adaptée aux écosystèmes de nos zones d’étude (agrosystème). Elle a pour objectif de reproduire et prédire la réponse des écosystèmes (croissance, flux d’eau, de C. . .) à des contraintes climatiques et anthropiques. Elle s’appuie sur les observations in situ des chantiers SudOuest et SudMed.

Echelle Régionale (2D ou multi 1D)
L’originalité de l’approche réside surtout sur le couplage "Télédétection multi-résolution (spatiale et temporelle) – Modélisation", par :

  • Inversion de mesures satellite en paramètres biophysiques avec des modèles de télédétection,
  • Assimilation de mesures satellite dans les modèles de fonctionnement.
  • Changement d'échelles spatiale : agrégation et désagrégation des données de télédétection.

Ces modèles (SVAT bulle SVAT - Soil Vegetation Atmosphere Transfer , transfert radiatif, bilan hydrique et fonctionnement carboné des couverts) sont plus ou moins complexes en fonction du compromis "Recherche - Applications" retenu.

Parmi ces modèles, on peut relever une catégorie de modèles que l’on peut qualifier à approche descendante, c'est-à-dire développés à partir des observations disponibles à l'échelle d'application :

  • DISPATCH (-SEB, -SM, -LST)
  • MIXMOD
  • SSEBI
  • SEB-1S, SEB-4S, TSEB

Echelle Intermédiaire (3D)
Deux types de modélisation 3D sont poursuivis :

  • Modèle DARTEB : il s’agit d’obtenir un modèle de bilan d’énergie et de flux aussi efficace et robuste que le modèle DART.
  • Démonstrateur miniSEVE : schéma de surface qui intègre et couple les processus majeurs contribuant au fonctionnement des surfaces. La très grande diversité des échelles de temps et d'espace des processus mis en jeu est une contrainte très forte.

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Processus d'échanges d'énergie et de matière à l'interface Sol-Vegetation-Atmosphere

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production de masse
aérienne sèche

couplage :

- Images Formosat-2
(indice foliaire LAI)

- modèle SAFY

 

 

     
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