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Mission spatiale SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity)

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SMOS du CESBIO

 

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Pour toute question ou commentaire sur cette
mission spatiale, merci de contacter : Yann Kerr au CESBIO
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SMOS : Calibration et Validation.

Des travaux de terrain intensifs ont été entrepris pour recueillir et exploiter les données acquises in-situ ainsi que les données aéroportées pour différents écosystèmes.

Des mesures dela température de surface ainsi que la caractérisation détaillée des couverts ont été acquises pendant le fonctionnement d'instruments au sol et le survol d'instruments embarqués fonctionnant à la même fréquence queSMOS.

Dans le cadre de ces CALVAL, le CESBIO est impliqué dans les expériences décrites ci-dessous :

  • SMOScat calibration and validation in Catalonia (IsardSAT)  
  • SMOS calibration and validation over the Salar de Uyuni (IsardSAT)  
  • HOBE(Center for Hydrology)  
  • CanEx-SM10 (Canadian Experiment for Soil Moisture in 2010)  CANEX field campaign
  • AACESS (Australian Airborne Cal/Val Experiments for SMOS)  
  • CAL-VAL CAROLS 2010 (Cooperative airborne radiometer for ocean and land studies)
  • Cal-val SMOS-MALI / NIGER
  • Calibration of SMOS products Geolocalisation Biases
  • Valencia Anchor Station (VAS) - Université de Valence
  • Soil Climate Analysis Network (SCAN) USA

SMOScat calibration and validation in Catalonia

Principal Investigator: Maria Jose Escorihuela (isardSAT)
Contacts CESBIO: Olivier Merlin

The main objective of the SMOScat project is to operationally provide soil moisture up to 100 m spatial resolution over Catalonia.
A downscaling algorithm is applied to 40 km resolution L2 SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) soil moisture product using 1 km resolution MODIS (MODerate resolution Imaging Spectroradiometer) data and 100 m resolution Landsat and ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection radiometer) data.

High resolution soil moisture is compared with in situ measurements collected in 2011 and 2012 each month from April to October in a dryland and irrigated area. Our results show and increase of correlation coefficient with in-situ measurements when high resolution soil moisture is used.

Overview of the filed campaign area

   

The experimental site and dataset has proven very useful for the validation of SMOS Soil Moisture products.

http://www.isardsat.cat/en/smoscat.html


SMOS calibration and validation over the Salar de Uyuni - ESA SMOS Cal/Val Announcement of Opportunities (ID 6317)

Principal Investigator: Maria Jose Escorihuela (isardSAT)
Contacts CESBIO: Philippe Richaume, Yann Kerr

The Salar de Uyuni is the largest salt flat in the world. It is located in the Bolivian altiplane at a height of about 3700 m between latitudes 19º 45 S and 20º 40 S and between longitudes 68º 17W and 66º 45W. The Salar is covered with a solid salt crust with a thickness varying between tens of centimeters to a few meters. Underneath its surface is a lake of brine 2 to 20 meters deep. The Salar's surface is about 9600 km2 (several tenths the SMOS footprint). It is located in a rather uninhabited area with no RFI (Radio Frequency Interferences).

Salar's climate is cold and dry, being characterized by low temperatures, low relative humidity levels and low precipitation. The rainfall is very low and concentrated from December to March. During the austral summer (from December to March), the surface can be covered by a thin water layer. This water layer disappears in the dry season, from April to November, leaving the Salar surface extremely flat and smooth. The large area, clear skies and exceptional surface flatness make the Salar an ideal object for calibrating Earth observation satellites. Consequently, the Salar has been used to calibrate radar and laser altimeters as well as spectral reflectances.

The radiometric temporal and spatial signature of the Salar was characterized at microwave frequencies using data from the AMSR-E on-board Aqua previously to SMOS launch (incidence angle 55º). Analysis of AMSR-E data at 6.9 and 10 GHz showed that microwave emissivity over the Salar is spatially and temporally homogeneous. The emissivity remains high and constant during the dry period (V- pol emissivity 0.93-0.94)  which allowed us to simulate V-pol BT at 6.9GHz with annual rmse of 1.1K.  In this context, the aim of this study is to use the Salar for SMOS L1c brightness temperature vicarious calibration and for the validation of the SMOS L2 retrieved dielectric constant.

Salar image acquired by EnviSat Medium Resolution Imaging Spectrometer (MERIS) instrument on 7 May 2008.

Link : http://www.isardsat.cat/en/calval-smos.html


HOBE Validation 2013
P.I. Karsten Høgh Jensen (HOBE), CESBIO/contact : Simone Bircher (CESBIO)

Dans le cadre de l'observatoire hydrologique danois (HOBE) un site de validation SMOS a été installé dans le bassin versant de la rivière Skjern au Danemark. Ce bassin versant est l'une des régions les plus septentrionales intensément cultivée en Europe. Elle offre des caractéristiques environnementales liées à cette latitude comme des sols très sableux avec de grands dépôts organiques sous la végétation naturelle (landes et de forêts).

Quelques images de cette campagne de validation :

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Pendant l'hiver 2009, un réseau de mesure de 30 stations pour suivre l'humidité de surface et la température des sols a été installé. Dans le but de soutenir les activités de validation, une campagne aéroporté a été réalisée au printemps 2010, celle-ci s'appuie sur :

  • la bande L du radiomètre passif micro-ondes EMIRAD-2 (DTU Space)
  • et l'échantillonnage du sol simultané dans les trois sites (2x2 km) offrant des occupations du sol les plus représentatives.


CAL-VAL CAROLS 2010 (Cooperative airborne radiometer for ocean and land studies)
Principal Investigateur : Mehrez Zribi (CESBIO/IRD), Monique Dechambre (LATMOS), Chef de projet : Pascal Fanise (CESBIO/IRD)

Si le principe de l'interféromètrique est parfaitement maitrisé en radioastronomie, c’est la première fois qu’un instrument de ce type est utilisé pour observer la Terre depuis l’espace (SMOS évoluera 755 km). Il a fallu s’assurer que le fonctionnement en orbite de MIRAS ne réservera pas de mauvaises surprises. Un radiomètre similaire (CAROLS) a donc été fabriqué et utilisé pour valider les observations et préparer les algorithmes de traitement des données du radiomètre de SMOS.

Fabriqué par le CETP LATMOS), Le récepteur a été conçu comme une copie du radiomètre EMIRADII, en collaboration entre les TUD (Université Technique du Danemark), le laboratoire LATMOS (Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales) et la Division Technique de l'INSU , CAROLS fonctionne à la même fréquence que le radiomètre de SMOS (1.4 GHz) et peut être embarqué à bord de l'avion de recherche ATR42 de Météo France géré par l'UMS SAFIRE (CNRS-INSU / Météo France / CNES).

Diaporama de la campagne CAROLS

Le radiomètre a été validé et qualifié avec des mesures en laboratoire, montrant en particulier une excellente stabilité et la résolution. Les mesures ont montré que ce radiomètre a une sensibilité de 0,1 K pour un temps d'intégration 1 s, et une stabilité relative de 0,1 K sur une période de 30 min.

  • Contexte et objectifs

CAROLS a joué un rôle essentiel durant la phase de recette en vol de SMOS. L’objectif était de fournir des mesures indépendantes multiconfigurations qui servent à évaluer la qualité des données SMOS. Cette campagne a été réalisée en coordination avec d’autres mesures destinées au recueil in situ de données complémentaires indispensables à l'analyse, à savoir des observations au sol réalisées par Météo France (CNRM), l’INRA et l’INSU (CESBIO) et une campagne de mesures océanographiques, coordonnée par le LOCEAN et réalisée à partir d’un navire de l’INSU.

  • Campagne aéroportée

Trois campagnes ont été effectuées avant les campagnes SMOS CAL / VAL en 2010. Les quatre premiers vols effectués en Septembre 2007 ont permis à CAROLS, installé avec d'autres instruments à bord à bord de l’ATR42 (radar STORM, le récepteur GPS GOLD-RTR , un radiomètre à infrarouge et une caméra visible à large champ), d'être certifié pour son utilisation dans la recherche française à bord de l'ATR-42. Les mesures aéroportées ont permis de vérifier la bonne sensibilité des données CAROLS, et du bon accord avec le modèle d'émissivité pendant les différents mouvements de l'avion. Toutefois, ces premiers vols ont mis en évidence une isolation imparfaite entre les canaux X et Y , et un niveau élevé de signaux RFI sur les surfaces terrestres survolées.

  • Les mesures aéroportées ont été réalisées par les équipes techniques du LATMOS et SAFIRE.
  • Les traitements des données CAROLS et STORM, en plus des différentes corrections des données bruitées par le RFI ont eu lieu au laboratoire LATMOS, responsable de ces deux instruments.

L'objectif de la campagne CAROLS'2008 était de valider diverses modifications pour corriger les imperfections observées en 2007. L'isolation complète des deux voies a été validé. Enfin, après validation des données enregistrées par CAROLS en 2007 et 2008, l'objectif initial de la campagne CAROLS' 2009 était d'acquérir des données scientifiques pour valider l'algorithme d'inversion utilisé pour calculer l'humidité du sol ainsi que l'estimations de la salinité des océans.

Après le lancement réussi du satellite SMOS en Novembre 2009, deux campagnes SMOS CAL / VAL ont été organisées sur trois sites d'essai, au cours de deux périodes: Avril-Juillet 2010, avec un total de 22 vols, et Novembre 2010, avec 4 vols.

 

Partenaires de la campagne CAROLS : CNES, CESBIO, CNRM, ESA, IEEC, INRA, LATMOS, LOCEAN, SAFIRE, Valencia University

lien INSU/CNRS

contact au CESBIO : Mehrez Zribi

voir aussi le secteur SMOS réalisé par le laboratoire LOCEAN - il contient l'accés aux données des flotteurs de salinité et au mesures in-situ des campagnes CAROLS image

 


AACESS Australian Airborne Cal/Val Experiments for SMOS                    AACES field campaign

The AACESS campaign is part the SMOS Validation/Calibration activities. It has been organized by Jeff Walker, Chris Rüdiger, Sandy Peischl (University of Monash - Melbourne), with the main objectives of validating the SMOS products (brightness temperatures and soil moisture) and monitoring soil moisture.

The area of study is the Murrumbidgee River catchment covering an area of about 100 x 500 km, corresponding to 20 SMOS pixels.

The first part of the campaign took place between the 18th of January and 22th of February 2010. The campaign consists in field measurements (soil moisture, vegetation, meteorological data) and airborne measurements (L-band, Thermal InfraRed, Near InfraRed, Visible). To validate the SMOS brightness temperatures, an aircraft is equipped with the a L band instrument PLRM (Polarimetric L-band Multibeam Radiometer).

image to have a look... esa
image AACES-1 Project web site esa
image more informations on the ESA site esa

contacts cesbio :


Cal-val SMOS-MALI / NIGER

Principal Investigator:Thierry Pellarin (Laboratoire d'étude des Transferts en Hydrologie et Environnement, LTHE), Bernard Cappelaere (Hydro Sciences, Montpellier - HSM)

Primary Application Domain: Calibration/Validation
Secondary Application Domain: Hydrology

Title : Multiscale validation of SMOS brightness temperature and products over West Africa

The aim of this project is to use both ground measurements and land surface modeling approaches to compare and validate SMOS products over West Africa in the framework of AMMA project.

more details and results image

Contact CESBIO : Claire Gruhier




Calibration of SMOS products Geolocalisation Biases

Principal Investigator. : Francois Cabot (CESBIO/CNES)

Primary Application Domain: Calibration/Validation

The aim of this study is to deliver a full characterization of on-orbit geolocalisation biases as observables in SMOS products.

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Valencia Anchor Station (VAS) - Université de Valence

P.I. : Ernesto Lopez-Baeza (Valencia University)

modélisation d'humidité du sol et de température de brillance à l'échelle du pixel SMOS

more details

Contact CESBIO : Silvia Juglea


Soil Climate Analysis Network (SCAN) USA -

the soil climate analysis network is operated by the United States Department of Agriculture (National Water and Climate Center)

Comparison between SCAN site data and SMOS data for soil moisture and events of thaw and freeze
Contact CESBIO : Ahmad Albitar

more details image


Previous campaigns...


COSMOS (Campaign for validating the Operation of Soil Moisture and Ocean Salinity), and NAFE (National Airborne Field Experiment) were two airborne campaigns held in the Goulburn River catchment (Australia) at the end of 2005.

Cal Val SMOS Murray-Darling Basin: National Airborne ield Experiment (NAFE)

Principal Investigator : Gilles Boulet (CESBIO/IRD)

Primary Application Domain: Calibration/Validation
Secondary Application Domain: Hydrology

The aim of this proposal is to use a combination of gridded airborne L-band brightness temperature, NDVI and surface temperature data and distributed in-situ soil moisture data acquired at the scale of several SMOS pixels during two field experiments in SE Australia (NAFE) to test 1- the SMOS soil-moisture retrieval algorithms (inversion of local soil moisture from airborne brightness temperature data) 2- the SMOS disaggregation algorithms (inversion of local soil moisture from coarse brightness temperature and auxillary remote-sensing data). This proposal falls within the Cal/Val SMOS activities for which a joint proposal with the same objectives is submitted to the adhoc program at ESA, lead by our Australian partners represented by Prof. Jetse Kalma.

image more details

image website of NAFE

image ESA presentation for the CaL-Val

image Results of the (COSMOS/NAFE'05 Experiment )

 

 

     
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