Responsable : Jean-Philippe Gastellu-Etchegorry
Objectifs et cadre des recherches
Il s’agit de
développer et d’améliorer des modèles qui décrivent les processus d’échanges d’énergie et de
matière à l’interface Sol - Végétation - Atmosphère. et qui simulent 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
(SEVE, SAMIR, 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.
En raison de sa capacité d’observation synoptique et répétitive de la Terre, la télédétection spatiale est
aussi un important objet de recherche en modélisation. Elle est en effet un outil unique
pour alimenter les modèles de fonctionnement des surfaces en informations spatialisées à différentes
échelles de temps et d’espace, via l’inversion de mesures avec l’aide de modèles de transfert radiatif ou
via l’assimilation directe des mesures satellitaires dans des modèles de 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.
Deux types de modélisation sont développés et mis en oeuvre. (1) la modélisation du transfert radiatif pour simuler les donnéess 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. Un point essentiel est que les 2 approches de modélisations soient complémentaires. L'hétérogénéité des milieux étudiés est une contrainte majeure. Elle conditionne l'ensemble des approches.
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Modélisation des mesures de télédétection et du bilan radiatif
Ce travail de modélisation concerne en particulier les thèmes "Très haute résolution", "Infrarouge thermique", "Hyperspectral" 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 (MISTIGRI).
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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  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.
Echelle Intermédiaire (3D)
Deux types de modélisation 3D sont poursuivis :
- Modèle SEVE : 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.
- Modèle DARTEB : il s’agit
d’obtenir un modèle de bilan d’énergie et de flux aussi efficace et robuste que le modèle DART. De plus, DARTEB
est développé pour contribuer au modèle "intégré" SEVE.
Modélisation Intégrée 3D |
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Modélisation 1D/2D
des transferts verticaux |
 DART : Transfert radiatif et télédétection
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ICASTiCS, ICARE: Echelle parcellaire |
DARTEB : Bilan d'énergie et de flux |
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SAFY, SAMIR : échelle régionale et couplage télédétection |
SEVE : Transfert radiatif, hydrologie et bilan d'énergie.
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Processus d'échanges d'énergie et de matière à l'interface Sol-Vegetation-Atmosphere
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