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Les modèles étudiés au CESBIO




Bilan d'Energie + Eau + Photosynthèse


 

Suivi de l'Etat Hydrique des Sols (SEtHyS) :
Modèle de Transferts Sol-Végétation-Atmosphère

Contact au CESBIO : Benoit Coudert


Le modèle SEtHyS (Suivi de l’Etat Hydrique des Sols) est un modèle de type TSVA de la catégorie des modèles « 2 sources » (le sol et le couvert végétal) pour la résolution du bilan d’énergie et du bilan d’eau et « 2 couches » pour la représentation du sol.

C’est un modèle de type « force-restore » monodimensionnel basé sur le formalisme de Deardorff et al. 1978. La création du modèle remonte aux travaux de Bernard et Taconet (1986) dont l’objectif était déjà d’utiliser les variations diurnes des températures de surface infrarouges NOAA-AVHRR pour simuler les flux de surface sur le paysage agricole de la Beauce. Le modèle a été développé pour simuler la température de brillance (IRT) de la surface (milieu turbide et végétation semi-transparente) tenant compte des différentes configurations géométriques et spectrales d’acquisition des capteurs de télédétection.

Le modèle de transfert radiatif qui lui est couplé dans la version actuelle est décrit dans François et al. (2002). Par ailleurs une spécificité du modèle est d’intégrer la modélisation de la photosynthèse du modèle SiB de Sellers et al. (1992, 1996 a, 1996b) permettant le calcul de la conductance stomatique du couvert pour les plantes en C3 et C4.

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La version actuelle décrite en partie dans Coudert et al. 2006 a été utilisée sur différents sites agricoles pour le suivi des échanges de surface à partir de la température de surface et de sa dynamique diurne.

En 2012, une collaboration avec la NOAA a permis d’utiliser le modèle sur une zone agricole aux Etats-Unis cultivée en soja, maïs et prairie pour fournir un produit de validation LST (Land Surface Température) pour le radiomètre VIIRS - JPSS.

Une version SEtHyS_Savannah (Saux-Picart et al, 2009a, 2009b) a également été développée pour la régionalisation des flux de surface à partir de l’IRT sur le super site AMMA-Niger au Sahel. Cette version possède 2 types de végétation (haute et basse) adaptée aux couverts semi-arides sahéliens et en fait modèle « 3 sources » et « 3 couches » pour le sol qui inclut le développement d’une croûte de surface (mulch) pour mieux simuler l’hydrologie.

Les travaux propres au CESBIO avec le modèle, ont permis son étalonnage (méthode MCIP, Demarty et al. 2005) sur la base de données Sud Ouest et Maroc sur un ensemble de couverts agricoles pour la simulation de l’évapotranspiration (ETR) à partir de données thermiques à différentes résolutions (thèse de Guillaume Bigeard en préparation).

Le modèle a aussi été utilisé dernièrement dans le cadre du groupe mission MISTIGRI du CNES dans la définition des scénarii d’acquisition du satellite.

Les perspectives d’utilisation et de développement sont en lien avec la simulation distribuée de l’ETR dans la continuité de la thèse de Guillaume Bigeard avec notamment l’assimilation de dynamiques temporelles de chroniques de températures de surface.

L’utilisation du modèle dans le cadre des travaux de thèse d’Enguerrand Burel (début novembre 2013) sur la réserve utile et des rendements des agroécosystèmes de Midi Pyrénées nécessiteront aussi des développements concernant le module sol et la simulation de la conductance stomatique.

 

 

 

Bilan d'Energie et d'Eau

 

 








Bilan du Carbone

 

Diffusion radar des surfaces végétales


 

MIPERS : Multistatic Interferometric Polarimetric EM model for Remote Sensing

Contact au CESBIO : Ludovic Villard


MIPERS est un modèle électromagnétique (EM) de simulation de la diffusion de la végétation en télédétection RADAR. Son domaine de validité couvre une partie des micro-ondes, des fréquences VHF à la bande X (30 MHz à 12 GHz), suivant les caractéristiques géométriques et diélectriques des diffuseurs impliqués.

Ses spécificités résident dans la capacité de simulations de scènes 3D complexes à partir de modèles d'architecture de la végétation, pour des configurations SAR multi-statiques, polarimétriques mais aussi interférométriques, ces simulations étant basées sur une modélisation cohérente de la diffusion.

 Les capacités de simulation MIPERS permettent d'évaluer l'impact de paramètres descriptifs des scènes étudiées sur le vecteur d'observation SAR. La finalité de ces analyses de sensibilité peut aussi bien s'inscrire dans le cadre d'une meilleure compréhension des mécanismes EM de diffusion que d'applications liées à l’analyse de performances de configurations satellites ou aéroportées existantes ou prospectives.

Exemple de scènes réalisées avec le modèle MIPRES décrivant une parcelle de forêt ou de culture.

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En outre, les temps de calcul impliqués pour la simulation de scènes réelles rendent possible son utilisation pour des problèmes inverses, par exemple de type modèle d'assimilation avec une rétroaction basée sur la confrontation entre prédictions et observations.

 Les bases théoriques de MIPERS reposent une description discrète de la végétation, à partir de volumes canoniques (cylindres, ellipsoïdes) diélectriques permettant un calcul analytique de leur diagramme de diffusion bistatique. L'atténuation dans le milieu est calculée à partir d'un algorithme de tracé de rayons déterminant les distances parcourues par l'onde au sein de chaque structure homogène, pour lesquelles le coefficient d'extinction est calculé à partir de l'approximation de Foldy-Lax généralisée.

Connaissant le champ moyen sur chaque diffuseur via cette atténuation, le champ total rayonné est alors obtenu par la sommation cohérente des contributions de chaque diffuseur, selon l'approximation de Born étendue (DBWA pour Distorted Born Wave Approximation). En plus de l'interaction directe, le couplage de chaque diffuseur avec le sol est pris en compte par les mécanismes de double et triple rebonds, en modélisant la réflexion spéculaire via les coefficients de Fresnel modifiés.

Concernant le sol, il est décrit par une surface maillée constituée de facettes triangulaires, la grille de points associée étant de finesse variable en fonction de la complexité de la topographie à modéliser. La surface de chaque facette est décrite par une rugosité et longueur de corrélation, permettant le calcul EM de diffusion surfacique à partir de la méthode de l'équation intégrale du champ électrique.

Pour les diffuseurs représentants la végétation ou le sol, les valeurs de permittivité diélectriques sont déduites de modèles théoriques ou semi-empiriques impliquant composition chimique, fréquence et teneur en eau.

 Le développement du modèle est issu de travaux de thèse conjointe ONERA/DLR :

Ludovic Villard, « Forward and Inverse Modeling of Synthetic Aperture Radar in the Bistatic Configuration : Applications in Forest Remote Sensing » puis poursuivi en post-doc au CESBIO.

Contact au CESBIO: Ludovic Villard

 

Pré-traitements des images satellites


 

SMAC : Simulation of satellite Signal in the Solar Spectrum

Contact au CESBIO : Gérard Dedieu


une méthode simplifiée pour corriger les mesures satellitales de leurs perturbations atmosphériques dans le domaine du spectre solaire.
La présente version de SMAC a été développée au Cesbio par B. Berthelot et G. Dedieu dans le cadre du programme SPOT4-VEGETATION. Le calcul des coefficients pour les différents capteurs a été financé par le CNES, et réalisé par B. Berthelot (NOVELTIS). Nous remercions pour leur soutien P.Henry, F. Cabot et O. Hagolle du département QTIS du CNES, ainsi que G.Saint et X. Passot (CNES, programme VEGETATION)

Rahman H. and Dedieu G. : SMAC: a simplified method for the atmospheric correction of satellite measurements in the solar spectrum, International Journal of Remote Sensing, 1994, vol.15, No.1, 123-143.

Aprés avoir rempli le formulaire vous pourrez télécharger le code source qui vous permettra de calculer pour chaque pixel, la valeur de la réflectance de surface à partir de la réflectance mesurée en haut de l'atmosphère pour le capteur que vous aurez choisi.

Cette méthode est spécialement utile pour corriger les jeux de données acquis par des capteurs à large champ et à haute répétitivité temporelle. Chaque bande spectrale, pour un capteur donné, posséde son propre jeu de coefficients.

Formulaire d'inscription et téléchargement...

     
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