Thème 1 Atmosphère, hydrosphère, climats du passé à l’avenir
HYDROSPHÈRE Apports de la télédétection. Hydrosphère: la partie de la Terre occupée par...
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HYDROSPHÈREApports de la télédétection
Hydrosphère: la partie de la Terre occupée par l’eau
74% de la surface terrestre c’est de l’eau dont:• 97% sont des océans salins• 2.2% se trouve dans les calottes glaciaires permanentes• 0.02% les eaux douces continentales (ruisseaux, rivières, lacs, réservoirs etc.) • Le reste se trouve dans:
- les aquifères souterrains (0.6%), - dans l’atmosphère sous la forme de la vapeur d’eau (0.001%)
Répartition de l’eau sur la Terre
Spectre et Hydrosphère
Le proche UV: cas spécifiques (nappes de pétrole)
Le visible: la seule fenêtre atmosphérique où des informations intéressantes peuvent être obtenues sur un volume d’eau et même dans certains cas sur le fond (capacité de pénétration);
Infrarouge réfléchi: intérêt pour la caractérisation de la végétation aquatique flottante ou émergeante car la pénétration se limite à quelques cm; différencier les plans d’eau des terres
Infrarouge thermique: température de l’eau; résurgences-courants; détection des panaches d’eau chaude; un certain potentiel pour l’humidité des sols
Micro-ondes mode passif: température de l’eau; potentiel pour l’humidité des sols, salinité de l’eau
Micro-ondes mode actif: topographie des océans et indirectement du fond; vents; détection des nappes de pétrole
Partie optique du spectre: Rayonnement solaire
La luminance au capteur, (Lt), est la somme des luminances dus à:
Lp = réflexion atmosphérique
Ls = réflexion de surface
Lv = réflexion volumique
Lb = réflexion du fond
La luminance au capteur, (Lt), est la somme des luminances dus à:
Lp = réflexion atmosphérique
Ls = réflexion de surface
Lv = réflexion volumique
Lb = réflexion du fond
Luminance au capteur
(transmission sans pertes par absorption gazeuse et diffusion atmosphérique)
(transmission sans pertes par absorption gazeuse)
La réflexion volumique études de qualité d’eau
La luminance volumique est d’intérêt pour nous car la seule à pouvoir transmettre de l’information sur les composants de l’eau. Elle est fonction des propriétés optiques (absorption, diffusion) de l’eau pure (w), des matières minérales en suspension (MS), de la chlorophylle a (Chl) ainsi que des matières organiques dissoutes (MOD) :
Lv ( )=l f [w( )l , MS( )l , Chl( )l , MOD( )l ].
La luminance volumique est d’intérêt pour nous car la seule à pouvoir transmettre de l’information sur les composants de l’eau. Elle est fonction des propriétés optiques (absorption, diffusion) de l’eau pure (w), des matières minérales en suspension (MS), de la chlorophylle a (Chl) ainsi que des matières organiques dissoutes (MOD) :
Lv ( )=l f [w( )l , MS( )l , Chl( )l , MOD( )l ].
Propriétés optiques de l’eau pure: atténuation du rayonnement solaire dans un volume d’eau par absorption et diffusion
Mesures spectro-radiométriques in situ d’une eau claire avec différentes concentrations des sédiments en suspension argileux ou silteux:
Le pic de réflectance se déplace vers les longues longueurs d’onde comme les concentrations deviennent fortes.
Mesures spectro-radiométriques in situ d’une eau claire avec différentes concentrations des sédiments en suspension argileux ou silteux:
Le pic de réflectance se déplace vers les longues longueurs d’onde comme les concentrations deviennent fortes.
argileargile
siltsilt400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
Wavelength (nm)
Perc
ent R
efle
ctan
ce
50
100
150 200
250
clear water
400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 9000
Wavelength (nm)
2
4
6
8
10
12
14
Perc
ent R
efle
ctan
ce
300
1,000 mg/l
1,000 mg/l
600
clear water
50
100
150
200 250 300 350
400
450 500 550
a.
b.
Clayey soil
Silty soil
400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 9000
0.5
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Wavelength (nm)
Perc
ent R
efle
ctan
ce
50
100
150 200
250
clear water
400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 9000
Wavelength (nm)
2
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6
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Perc
ent R
efle
ctan
ce
300
1,000 mg/l
1,000 mg/l
600
clear water
50
100
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200 250 300 350
400
450 500 550
a.
b.
Clayey soil
Silty soil
Impact des sédiments en suspension
Impact de la chlorophylle/algues
Marée rouge pyrophytes (dinoflagellés)
400 500 600 700 800 9000
0.5
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Wavelength (nm)
Perc
ent R
efle
ctan
ce
clear water
5
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25
Perc
ent R
efle
ctan
ce
a.
algae-laden water
400 500 600 700 800 9000
Wavelength (nm)
b.
500 mg/l
0 mg/l
Algae-Laden Water with Various Suspended Sediment Concentrations
Perc
ent
Ref
lect
ance
Perc
ent
Ref
lect
ance
Chlorophylle a: Forte absorption entre 400 et 500 nm et aux alentours de 675 nm
Réflectance d’eau chargée d’algues selon diverses concentrations des sédiments en suspension (entre 0 et 500 mg/l)
Impact des matières organiques dissoutes
Influence du fond
Longueur d'onde (m)
Den
sité
op
tiq
ue
Tra
nsm
itta
nce
(%
)
Distillée
Océanique
Côtière
de Baie
Transmission du rayonnement solaire dans un volume d’eau
Simulation des signatures spectrales d’une eau côtière à deux profondeurs (1 et 2 m) avec différents types de fond et différents teneurs en chlorophylle, matières minérales et matières organiques dissoutes (chlorophylle en mg/m3; matières en suspension et organiques en gr/m3); C1 : chl. 2.0; min. 2.0, org. 0.75/ C2: chl. 5.0; min. 5.0; org. 1.5/ C3 : chl.10.00; min10.00; org. 3.00
Capacité de pénétration dans l’eau: exemples
Image TM août 1989
TM1(bleu): bleu
TM2(vert): vert
TM3(rouge): rouge
1. Capacité de pénétration dans l’eau: exemples
TM1
TM2TM3
Capacité de pénétration dans l’eau: exemples
Image ASTER
Juin 2001
VISNIR1 (vert): bleu
VISNIR2 (rouge): vert
VISNIR3(PIR): rouge
Capacité de pénétration dans l’eau: exemples
VISNIR1
VISNIR3 VISNIR2
Sédiments en suspension – herbiers aquatiques (Richelieu)
Influence de la réflexion de surface: peu variable selon la longueur d’onde• Réflexion spéculaire du rayonnement du firmament faible modélisable (équations de
Fresnel)• Réflexion spéculaire du rayonnement solaire direct dépendant de la force/direction du vent
de la position du soleil et du capteur modélisable (probabiliste)
Vagues capillaires
Modélisation et inversion: exemple chlorophylle dans les eaux CASE 1 faible concentration de sédiments (océans)• Chlorophylle a élément utilisé comme proxi « raisonable » du
composant organique dans les eaux naturelles complexes• Inférence le plus par une équation du type :
y
L
LxChl
2
1
x, y constantes empiriques et L(l1), L(l2) sont les luminances volumiques dans certaines bandes spectrales
Exemples des modèles empiriques
Chlorophylle a (g/m3) estimée à partir d’images du satellite
SeaWiFS
(moyenne trimestrielle)Une journée spécifique
Cartographie à grande échelle hyperspectral
LiDAR bathymétrie (souvent en combinaison avec le Sonar)
Infrarouge thermique
Worldwide Sea-surface Temperature (SST) Map Derived From NOAA-14 AVHRR Data
Worldwide Sea-surface Temperature (SST) Map Derived From NOAA-14 AVHRR Data
Three-day composite of thermal infrared data centered on March 4, 1999. Each pixel was allocated the highest surface temperature that occurred during the three days.
Three-day composite of thermal infrared data centered on March 4, 1999. Each pixel was allocated the highest surface temperature that occurred during the three days.
Reynolds Monthly Sea-surface Temperature (˚C) Maps Derived from
In situ Buoy and Remotely Sensed Data
Reynolds Monthly Sea-surface Temperature (˚C) Maps Derived from
In situ Buoy and Remotely Sensed Data
Normal December, 1990
Normal December, 1990
La Nina December, 1988
La Nina December, 1988
El Nino December, 1997
El Nino December, 1997
Grande échelle: Un capteur en infrarouge thermique peut détecter les panaches thermiques à cause de leur contraste thermique avec l’eau environnante.
émissaire
Baie à protéger
Est que le panache thermique peut causer de dommages à la baie?
-Mouvement de la marée
- Une hausse de la température de l’eau à l’intérieur de la Baie > 10 C n’est pas tolérable
Marée ascendante
Marée basse
Marée descendante
Marée haute
8:00 h
5:59 h
14:20 h
10:59 h
Thermographies prises par le capteur aéroporté DEADALUS en hiver (deux jours consécutives)
Centrale thermique
LE RADARLa détection des nappes de pétrole (eaux marines)
• Le pétrole déversé, empêche la formation des vagues capillaires et crée ainsi une surface lisse pour les ondes radar comparativement à l’eau libre environnante plus agitée et donc plus rétrodiffuse;
• Conclusion : détection possible sous des conditions des vents particuliers selon l’épaisseur de la nappe: 3-4 m/sec pour les nappes fines, environ 10m/sec pour les nappes épaisses;
• Confusions possibles proche des côtes (zones abritées);
• Confusions aussi entre déversements et « fuites » naturelles du pétrole des fonds marins
exemples
Image SAR ERS-1 d’un champ pétrolifère en Mer du Nord acquise en juillet 1994. Les spots brillants représentent les plates-formes et les bateaux; les traits sombres possiblement des nappes de pétrole
Différents patrons observés des nappes de pétrole sur des images ERS
RADARSAT-1 (les couleurs sont artificielles…pseudo-couleurs)
Image acquise quelques jours après qu’un super-tanker ait échoué sur les côtes rocheuses du sud de l’Angleterre (février 1996); près de 65000-70000 tonnes de pétrole brute (léger) ont été déversées • A… la masse principale restante de la nappe;
• B… parties de côtes non affectées par la nappe
• C …courants marins
• D… la nappe commence à se désagréger
• E… la ville de Milfort Haven
• F… la raffinerie; destination du tanker
Image RADARSAT-1
RADARSAT-2 Applications Development at CCRSImproved Ocean Wave Measurement using
Dual-Polarization SAR dataHH VV
CV-580 C-band SARHH and VV Polarizations
Grand Banks of Newfoundland
Interlook cross-section of HH image Interlook cross-section of VV image
Multiple polarization channels provide varied views of the same ocean wave field, leading to improved ocean wave retrieval.
RADARSAT-2 Applications Development at CCRSWind Retrieval from Polarimetric SAR Ocean Images
HYDROLOGIE
•Comprendre les mécanismes des écoulements
•Fournir des informations pour l’aménagement des rivières et du territoire
• Protéger les populations contre inondation et sécheresse
•Gérer le potentiel des ressources en eau
MalaisieLes images RADAR offrent un grand potentiel pour suivre l’évolution des inondations contrairement aux images optiques où la couverture nuageuse obstrue la visibilité de la surface terrestre
Extended High 3 - Dec 29 1998
Extended High 4 - Jan 05 99
Fine 3 - Jan 08 99
1
2
3
1
2
3
Région de Machang
Région de Kota Baharu
Région de Pasir Mas
© LBGI/ASC 1999
cliquez
Suivi du régime hydrique
Les moussons en Malaisie
Régression des inondations durant la moussonRégion de Kota Baharu (Malaisie)
1998-12-29
1999-01-05
Régions inondées le 12 décembre 98
Niveau deseaux le 5 janvier 99
© LBGI/ASC 1999
Régression des inondations durant la moussonRégion de Pasir Mas (Malaisie)
1998-12-29
1999-01-05
Régions inondées le 12 décembre 98
Niveau deseaux le 5 janvier 99
© LBGI/ASC 1999
Régression des inondations durant la mousson
Région de Machang (Malaisie)Régions inondées le 12 décembre 98
Niveau deseaux le 5 janvier 99
Niveau normal deseaux le 8 janvier 99
1998-12-29
1999-01-05
1999-01-08 © LBGI/ASC 1999