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Comprendre le fonctionnement d'un éco-système en région semi-aride :
le projet SudMed

Actualités

inauguration de la 1ère station
de suivi des précipitations neigeuses
dans les montagnes du Liban

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Lionel Jarlan au CESBIO

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Contexte et questions scientifiques

Axe 2. Etude d’indicateurs régionaux des changements

Nous tentons de répondre à deux types de questions :

  1. Comment décrire l’évolution à long terme (typiquement la décennie) des ressources hydrique et végétale en combinant ces archives satellitaires avec des données de terrain et de la modélisation ?
  2. Comment interpréter et appréhender les dynamiques observées ?

De longues séries temporelles de données satellitaires multi-longueur d’onde à basse résolution spatiale, existent désormais (depuis 1980 pour AVHRR et METEOSAT, 1990 pour ERS). Ces archives représentent un témoin unique de l’évolution des ressources qui n’a été que peu exploité jusqu’à présent en Méditerranée, elles permettent de témoigner de la dynamique des surfaces continentales.

Dans l’objectif de mieux saisir le potentiel des archives, on procédera à l’inter-comparaison de ces données
avec celles obtenus grâce aux nouveaux moyens d’observation mis à disposition de la communauté
scientifique, et plus particulièrement les missions spatiales SMOS et Venμs du CESBIO.

  • Production d’indicateurs des ressources par observation et modélisation simplifiée

Nous privilégions l’analyse des archives des données satellitaires à basse résolution spatiale (1-50 km) ayant le maximum de profondeur temporelle (AVHRR, VEGETATION, ERS, METEOSAT).

A partir de ces données, nous tentons d’appréhender les variations spatio-temporelles :

– des manteaux neigeux, non directement affectées par les activités humaines, donc excellents témoins du changement climatique.
– des couverts végétaux, dont la phénologie témoigne, dans le cas de la végétation ‘naturelle’, du seul impact climatique, mais aussi de celui des activités humaines dans le cas des terres cultivées.
– de l’évapotranspiration, terme majeur du bilan hydrique en milieu aride et semi-aride.

Ces outils permettront également le suivi de variables additionnelles qui témoignent du fonctionnement de l’écosystème dans son ensemble mais qui ne sont pas directement observables par télédétection, par exemple la production primaire nette ou le contenu en eau des manteaux neigeux.

En nous appuyant sur les systèmes observés dans l’axe 1, et en tirant un parti maximum des observations spatiales pour une application à grande échelle sur l’ensemble de la méditerranée, nous proposons :

  • 1- de contrôler un modèle conceptuel de type degré-jour décrivant la dynamique des manteaux neigeux sur la base des surfaces enneigées cartographiées à partir des données AVHRR, MODIS et VEGETATION ;
Etude spécifique sur la neige

Construire un outil de suivi et de prévision sur la contribution de la fonte à la recharge en aval

  • Excellent témoin du Climat
  • Rôle primordial de réservoir d’eau (Atlas marocain : 15 à 50% des débits des oueds)
  • Très forte dynamique spatio-temporelle
images Formosat-2 8 février 2009 12 février 2009
  • 2- d'améliorer la prévision saisonnière des rendements agricoles en adaptant la paramétrisation de modèles simplifiés « eau-végétation » de type Monteith, "Water-Use Efficiency" et "Evaporative fraction". Nous les utiliserons avec des données satellitaires acquises dans le domaine solaire et thermique à résolution kilométrique ;
Prévision saisonnière des rendements agricoles

Analyse Historique

•Dynamiques spatiale et temporelle de la surface (végétation) à partir de longues séries satellitaires
•Approches originales de prévision: Méthodes de reconstruction
•Modélisation simplifié des processus de croissance (Monteith)
  1er mode de variabilité du NDVI AVHRR au Maroc (1982-2008, mois d’avril, décomposition en EEOF).

Variabilité climatique % dynamique   de l’océan et de l’atmosphère

(études préliminaires réalisées montrant des liens forts entre oscillation NAO, précipitations et NDVI

  Analyse composite des pressions de surface (années sèches – années humides) pointant vers un motif spatial typique de l’oscillation nord atlantique
  • 3- d’utiliser en conjonction avec les observations thermiques et un bilan d’énergie double source simplifié où les conditions aux limites seraient estimées depuis l’espace (ex modèle ALEXI, Anderson et al., 1997).
Estimation multi-résolutions de l’EvapoTranspiration Réelle (ETR)

Test de différents modèles d’estimation de l' ETR à partir du bilan d’énergie de surface et des températures de surface télédétectées :

  1. à haute résolution (HR) (ex. ASTER)
  2. et basse résolution (BR) (ex. MODIS, MSG)
  • Modèles évalués pour les données BR avec des données ad-hoc (scintillomètre)
  • Couplage bilan d’énergie – modèle ALEXI pour la régionalisation
  • Utilisation directement à BR: exportation vers Axe 2 et applications (données BR gratuites)
   

Assimilation conjointe des données HR et BR dans un modèle agro-hydrologique distribué à l’échelle du périmètre irrigué (qqs km2)

Préparation de la mission Mistigri HR/Haute Répétitivité

Collaboration entre les chantiers SudOuest et SudMed du CESBIO

L’intérêt thématique de cet axe de recherche est triple.

  1. Produire  une mesure améliorée de l’efficience des pluies ;
  2. mieux cerner l’ampleur des prélèvements  dans  les nappes phréatiques ( plaines agricoles ou l’irrigation est intensément pratiquée) 
  3. Enfin  améliorer l’évaluation des volumes d’eau de fonte de la neige en étudiant la variabilité spatio-temporelle du couvert nival (observation et modélisation simplifiée).
  • Caractérisation des variations spatio-temporelles et mise en relation avec les grands phénomènes à l’origine des changements

Depuis le début des années 80, la Méditerranée du Sud a connu une série d’années sèches (Esper et al., 2007). Cette sècheresse touche en réalité l’ensemble de l’hémisphère nord (Lotsch et al., 2005) et résulte d’une perturbation du système océan-atmosphère. Cassou et al. (2004) montre, en particulier, que ces années de sècheresses peuvent être attribuées à l’excitation privilégiée de la phase positive de l’oscillation nord-atlantique durant cette même période. Plusieurs auteurs ont étudiés le lien entre les phénomènes climatiques pseudo-oscillatoires et les précipitations et/ou les températures sur la Méditerranée (Knippertz et al., 2003 ; Xoplaki et al., 2004) mais l’étude directe de l’impact éco-hydrologique de ces phénomènes climatiques est relativement nouveau.

L’interprétation des champs spatio-temporels acquis par télédétection est rendue difficile par la forte variabilité des processus de surface mais aussi au bruit de ces observations. Nous proposons :

(1) d’utiliser des méthodologies d’analyse du signal visant à synthétiser cette information afin d’identifier des modes dominants de variabilité.
(2) de mettre en relation les modes identifiés avec des phénomènes pseudo-oscillatoires climatiques ou avec des changements d’occupation du sol grâce à des approches établies ou plus exploratoire. Le climat sera vu à travers plusieurs variables témoignant de la circulation générale (géopotentiel, pression, vent) et les températures de surface des océans.

Enfin, nous abordrons l’étude des tendances, linéaires ou non, observées sur les signaux végétation et évapotranspiration qui pourront être interprétées en termes de vitesse de régénération du milieu ou de sa dégradation. L’idée est de multiplier les preuves statistiques afin de préciser/conforter notre interprétation physique de la variabilité constatée.

Enfin, ces progrès dans la compréhension de la variabilité spatiale et temporelle des indicateurs précités permettront, le cas échéant, d’envisager de nouvelles approches prévisionnelles des ressources à l’échelle saisonnière ( rendements et de la disponibilité en eau.) Les performances de ces modèles empiriques seront comparées avec les approches physiques basées sur l’usage de modèles déterministes et de prévisions climatiques saisonnières.

 

 

 

     
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