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26 nov 2012 Juliette Lambin, CNES Lundi 26 novembre 2012 Contact: Juliette Lambin (+33 5 61 28 31 )

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1 26 nov 2012 Juliette Lambin, CNES Lundi 26 novembre 2012 Contact: Juliette Lambin ( ) Juliette Lambin, CNES, DSP/TEC Missions satellite pour létude des océans et du climat

2 Ocean observation satellites-; Juliette Lambin, CNES 2 Océans: Que mesure-t-on depuis lespace? Topographie de surface - courants: TOPEX/POSEIDON, ERS, GFO, ENVISAT, JASON-1, JASON-2 CRYOSAT-2, HY-2, JASON-3/CS, SWOT, SENTINEL-3 Vent de surface : ERS, SEAWINDS/ADEOS-2, QuikSCAT METOP-1, METOP-2, OCEANSAT-2, Hy-2, CFOSAT… Température de surface : ERS, Satellites météo, ADEOS-2, ENVISAT Satellites météo, Sentinel-3 Hauteur et spectre des vagues : ERS, ENVISAT, RADARSAT (-1, -2, -3) TerraSAR (-L), Cosmo, CFOSAT, Couleur de leau: SeaWIFS, MODIS, ENVISAT, OCEANSAT, HY-1 Géoide : CHAMP, GRACE, GOCE Salinité : SMOS, AQUARIUS …

3 Ocean observation satellites-; Juliette Lambin, CNES 3 Locéan physique et les mesures spatiales Les satellites permettent de mesurer les paramètres physiques de locéan: Température de surface Vent de surface Topographie de surface (altimétrie) Dynamique de locéan Elévation du niveau de la mer Marées Etat de mer (vagues, houle, nappes) Salinité Glaces de mer Description de la « machine océan » et de ses interactions avec latmosphère Grande maturité de ces techniques, bon niveau de coordination internationale Techniques plus récentes, mais déjà largement exploitées

4 Ocean observation satellites-; Juliette Lambin, CNES 4 Lenvironnement marin et les mesures spatiales Essentiellement les mesures de locéan « physique », plus: La couleur de leau: accès aux concentrations en chlorophylle, et donc à la concentration en phytoplancton Le suivi des animaux marins, via les systèmes Argos La détection de surfaces « lisses », liées à des nappes dhydrocarbures, des nappes dalgues Assimilation dans des modèles (MERCATOR / MyOcean), pour avoir une synthèse de létat de locéan Imagerie optique: SeaWIFS, MODIS, ENVISAT, Sentinel-3 Système ARGOS Radar: ENVISAT, Sentinel-1

5 Ocean observation satellites-; Juliette Lambin, CNES 5 Niveau moyen par altimétrie: dernière courbe (Aviso)

6 Ocean observation satellites-; Juliette Lambin, CNES 6 Church et al., 2004, 2006 Holgate and Woodworth, 2004 Altimétrie spatiale mm/an Marégraphes Hausse du niveau de la mer au cours du 20 ème siècle mm/an

7 Ocean observation satellites-; Juliette Lambin, CNES 7 Niveau moyen par altimétrie: variations géographiques (Aviso)

8 Ocean observation satellites-; Juliette Lambin, CNES 8 Besoin en termes déchantillonnage Ordre de grandeur des principaux processus océaniques. (Dérivé de Dickey et al, et Chelton et al 2001) Ordre de grandeur de la capacité déchantillonnage altimétrique pour une constellation à 2 – 4 altimètres (globale et meilleures conditions locales)

9 Ocean observation satellites-; Juliette Lambin, CNES 9 Besoin multi-mission communément admis au minimum une mission de référence (TOPEX,Jason-1,2,3…) pour laltiémtrie haute précision Sert ausi à recaler les autres missions Besoin de missions complémentaires Niveau des mer, recherche => au minimum 2 altimètres Océanographie opérationnelle (temps quasi-réel) => au minimum 4 altimètres Futur (haute résolution, mésoéchelle) => SWOT, constellations Cycle de répétitivit é InclinaisonAltitudeproduits héliosynchrone Jason 1 et 2 10 jours 66° 1345 km3h, 2 j., 40 j.non Envisat35 jours 98,5° 781 km3h, 2 j., 40 j.oui Sentinel-327 jours 98,6° 800 km3h, 2j., 40 j.oui GFO17 jours 108° 880 kmnon SWOT22 jours74-78°930 km3 mois.non

10 Ocean observation satellites-; Juliette Lambin, CNES CRYOSAT-2 Europe Complementary Missions - Medium Accuracy/Higher Inclination Broad-Coverage Mission Saral/AltiKa Fr./India HY-2B China HY-2A China Reference Missions - Higher Accuracy/Medium Inclination Jason-2 Europe/USA Launch Date 12/01 GFO-2 USA 2/98 GFO USA 3/02 Jason-1 Fr./USA Jason-3 Europe/USA Design LifeExtended Life Proposed Approved Operaing Sentinel-3C/D Sentinel-3B Europe SWOT USA/France Jason-CS A and B Europe/USA Sentinel-3A Europe fp July 2012 Move to geodetic orbit Lost ENVISAT Europe Altimetry virtual constellation status

11 Ocean observation satellites-; Juliette Lambin, CNES 11 GRAVIMETRIE SPATIALE – Missions CHAMP, GRACE et GOCE Mesure du Géoïde et de ses variations. Essentiel pour -la précision des missions altimétriques (orbitographie) -La connaissance du géoïde=> topographie dynamique absolue -Bilan en masse des glaces et bassins hydrologiques

12 Ocean observation satellites-; Juliette Lambin, CNES 12 Jason series Jason-1 and 2: Operational mission underway Products distributed routinely CNES operations funded through SALP Tandem flight: orbits interleaved in space and time: best configuration for operational needs Jason-1 launched in 2001, in extended lifetime since Moved to geodetic orbit in End of life planning activities Jason-2 launched in 2008, in nominal lifetime Jason-3 in development phase, launch planned for end of 2014.

13 Ocean observation satellites-; Juliette Lambin, CNES Bande Ku Bandes C & Ku HY-2B China HY-2A China Bande C METOP-A Europe Launch Date 10/06 6/99 QuickScat USA Design Life Extended Life ProposedNeededApproved Operating METOP-C Europe METOP-B Europe CFOSat China/France GCOM-W2 with DFS Japan/u.s. Meteor-M3 Russia Oceansat-2 India Oceansat-3 India GCOM-W3 Japan/u.s. Post EPS Europe CFOSAT dans la constellation OSVW (Ocean Surface Vector Wind)

14 Ocean observation satellites-; Juliette Lambin, CNES 14 GMES Space component: Sentinel rpograms at ESA

15 Ocean observation satellites-; Juliette Lambin, CNES 15 Sentinel 1 - Sentinel 3 Sentinel-1 (A & B): SAR Imaging radar SAR Continuity ASAR/ENVISAT Launch end 2013 Ocean parameters: Sea state Surface currents, Ship detection, Slick detection… Sentinel-3 (A & B) : 3 Instruments (continuity envisat) TOPO: Altimetry payload (altimeter, radiometer, POD) OLCI: ocean color SLSTR: sea surface temperature Launch: ~2014 et ~2017 Also in GMES Space component: Jason-CS (not yet approved): Reference altimetry mission, continuity of Jason-3 Launch 2018?

16 Ocean observation satellites-; Juliette Lambin, CNES 16 Sentinel-3 A and B ESA, (GMES program) Mission Profile: 7-year lifetime (consumables for 12 years) SSO orbit (10h desc), 27-day repeat, 98.65°, alt km Satellite Payload: Ocean and Land Colour Instrument (OLCI) Sea and Land Surface temperature (SLST) Sentinel-3 Ku/C Radar Altimeter (SRAL) Dual Frequency MicroWave Radiometer (MWR): POD: GPS/DORIS/Laser Launch Apr 2014 for 3A, 18 months later for 3B We care for a safer world

17 Ocean observation satellites-; Juliette Lambin, CNES 17 One slide on… HY-2A Physical oceanography satellite from "China National Space Administration" (CNSA), Altimetry payload: Ku-C altimeter, Ku/K/Ka radiometer, LRA, GPS, DORIS Ku-band Wind scatterometer 5-frequency radiometer (SST°) CNES participation: POD processing Inclusion of altimetry data into AVISO multimission product (after validation) Launched August 15, 2011 Orbit data of good quality Limited set of altimetry data received at CNES for validation Waiting for regular delivery from NSOAS to include Hy- 2 intercalibrated data into AVISO/DUACS system (serving in particular MyOcean) HY for Hai Yáng (ocean) SSO orbit, ~970 km 14-day cycle (2 years), then 168-day (geodetic) orbit for 1 year

18 Ocean observation satellites-; Juliette Lambin, CNES 18 One slide on… SARAL Satellite for Argos and ALtiKa Cooperation with ISRO (India Space Research organization) Ka-band nadir altimetry mission Higher precision, shorter along-track sampling Gap filler between ENVISAT & SENTINEL3 Same orbit as ENVISAT (35 days, SSO) New Ka-band altimeter, higher precision, compact design, integrated radiometer/altimeter POD: DORIS, LRA Other CNES payload Argos-3 instrument, X-band telemetry Status: launch scheduled for12/12/12 PSLV launcher (ISRO) Data policy : ~ the same as JASON missions PI: Jacques Verron (LEGI)

19 Ocean observation satellites-; Juliette Lambin, CNES 19 Two slides on… CFOSAT China-France Oceanography SATellite China-France Cooperation Currently in phase C/D Launch expected end of 2014 SWIM, new spaceborne instrument technology innovations (antenna, on-board digital processing) Nadir chanel ~altimeter SCAT, new concept of wind scatterometer Ku-band, rotating fan-beam Access to 2D wave spectrum with high angular resolution and with global scale Joint measurements of winds and waves PI: Danièle Hauser (CNRS/LATMOS) SSO Orbit, 7am descending 519 km altitude, 13-days cycle

20 Ocean observation satellites-; Juliette Lambin, CNES 20 SWIM instrument Surface Waves Investigation and Monitoring Real aperture radar in Ku-band 6 incidence angles: 0°, 2°, 4°, 6°, 8° et 10° Rotation speed: 5.7 rpm Will measure: Directionnal wave spectrum in the wavelenght range m Accuracy: 10% on wavelength, 15° on direction, 15% on spectral level around the peak SWH and wind speed from nadir Normalized radar cross-section from 0° to 10° Absolute accuracy of ±1 dB, relative accuracy between incidences ± 0.1 dB Airborne instrument in 2012 (KUROS)

21 OSTST 2011 – Juliette Lambin 21

22 Ocean observation satellites-; Juliette Lambin, CNES 22 00:00 UTC06:00 UTC08:00 UTC15:00 UTC10:00 UTC Reference: 2D spectrum from WAM model CFOSAT/SWIM estimation (simulations from SimuSWIM) Hs: 6.5 m U: 17.3 m/s Hs: 6.1 m U: 8.8 m/s Hs: 5.8 m U: 22.2 m/s Hs: 5.1 m U: 11.7 m/s Hs: 6.5 m U: 21.0 m/s Prestige SOS 14:00 UTC

23 Ocean observation satellites-; Juliette Lambin, CNES 23 One slide on… SWOT Surface Water and Ocean Topography Hydrology and Oceanography mission Global, repeated high-resolution elevation measurements of ocean and inland water bodies Baseline payload : Ka-band interferometric altimeter (KaRIn) Traditional altimetry payload CNES budget secured in March11 through General Investment Fund NASA/CNES Cooperation scheme approved Mission Concept Review succesfully passed in Sept 2012 Phase A just started at NASA… CNES involvement: Participation in KaRIn DORIS, Altimeter Platform Ground segment Launch ~2020 !

24 Ocean observation satellites-; Juliette Lambin, CNES 24 Mission SWOT: Surface Water and Ocean Topography Jason T/P 100 km Mission proposée dans le cadre dune collaboration NASA/CNES, pour un lancement vers 2018 Le futur de laltimétrie (cartographie haute résolution, côtier) Une révolution à venir en hydrologie

25 Ocean observation satellites-; Juliette Lambin, CNES 25 range ground resolution swath ground resolution Improvement of range resolution 1° 4° Speed (azimuth – along-track) De laltimétrie nadir à laltimétrie à fauchée (courtesy J.-C. Souyris)

26 Ocean observation satellites-; Juliette Lambin, CNES 26 ALONG TRACK Azimuth resolution ALONG TRACK On utilise le déplacement du satellite pour « simuler » une antenne radar plus large, donc une résolution au sol plus fine Azimuth resolution La synthèse douverture

27 Ocean observation satellites-; Juliette Lambin, CNES 27 From nadir altimetry to swath altimetry h B H r2r2 r1r1 A1A1 A2A2 M Interferometric Phase (r 1 -r 2 ) Range (on-board clock) Orbit (DORIS, GPS) Baseline Height restitution by interferometry

28 Conclusion / remarques Océans Un bon nombre de paramètres sont accessibles par des mesures spatiales Essentiellement océan physique, avec des limites à garder en tête Surface de locéan « impénétrable » Cas particuliers: altimétrie et gravimétrie qui donnent accès à une observable « intégrée » Echantillonage: –compromis revisite, couverture –Résolution vs fauchée –Aliasing des signaux haute fréquences: marées, surcôtes etc. Climat Difficultés spécifiques Continuité inter- missions Étalonnage: comment, sur quoi, hypothèses sous-jacentes ? Signaux en limite de détectabilité

29 Thank you ! Jason series SWOT CFOSAT SARAL


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