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Missions satellite pour l’étude des océans et du climat

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Présentation au sujet: "Missions satellite pour l’étude des océans et du climat"— Transcription de la présentation:

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

2 Océans: Que mesure-t-on depuis l’espace?
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 l’eau: SeaWIFS, MODIS, ENVISAT, OCEANSAT, HY-1 Géoide : CHAMP, GRACE, GOCE Salinité : SMOS, AQUARIUS …

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

4 L’environnement marin et les mesures spatiales
Essentiellement les mesures de l’océan « physique », plus: La couleur de l’eau: 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 d’hydrocarbures, des nappes d’algues Assimilation dans des modèles (MERCATOR / MyOcean) , pour avoir une synthèse de l’état de l’océan Imagerie optique: SeaWIFS, MODIS, ENVISAT, Sentinel-3 Système ARGOS Radar: ENVISAT, Sentinel-1

5 Niveau moyen par altimétrie: dernière courbe (Aviso)

6 Hausse du niveau de la mer au cours du 20ème siècle
Altimétrie spatiale + 3.3 mm/an Marégraphes + 1.8 mm/an Holgate and Woodworth, 2004 Church et al., 2004, 2006

7 Niveau moyen par altimétrie: variations géographiques (Aviso)

8 Besoin en termes d’échantillonnage
Ordre de grandeur de la capacité d’échantillonnage altimétrique pour une constellation à 2 – 4 altimètres (globale et meilleures conditions locales) Ordre de grandeur des principaux processus océaniques. (Dérivé de Dickey et al, et Chelton et al 2001)

9 Besoin multi-mission communément admis
au minimum une mission “de référence” (TOPEX,Jason-1,2,3…) pour l’altiémtrie 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 répétitivité Inclinaison Altitude produits héliosynchrone Jason 1 et 2 10 jours 66° 1345 km 3h, 2 j., 40 j. non Envisat 35 jours 98,5° 781 km oui Sentinel-3 27 jours 98,6° 800 km 3h, 2j., 40 j. GFO 17 jours 108° 880 km SWOT 22 jours 74-78° 930 km 3 mois.

10 Altimetry virtual constellation status
Launch Date 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 22 08 09 21 Reference Missions - Higher Accuracy/Medium Inclination Move to geodetic orbit 12/01 Jason-3 Europe/USA Jason-1 Fr./USA Jason-2 Europe/USA Jason-CS A and B Europe/USA Complementary Missions - Medium Accuracy/Higher Inclination 3/02 ENVISAT Europe Sentinel-3A Europe Lost Sentinel-3C/D Sentinel-3B Europe Saral/AltiKa Fr./India HY-2A China HY-2B China CRYOSAT-2 Europe 2/98 GFO USA GFO-2 USA Broad-Coverage Mission SWOT USA/France Design Life Extended Life Approved Proposed Operaing fp July 2012

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 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 2012. 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 CFOSAT dans la constellation OSVW (Ocean Surface Vector Wind)
Launch Date 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 22 08 09 21 Bande C 10/06 METOP-A Europe METOP-C Europe METOP-B Europe Post EPS Europe Bande Ku 6/99 QuickScat USA Oceansat-3 India Oceansat-2 India CFOSat China/France HY-2A China HY-2B China Meteor-M3 Russia Bandes C & Ku GCOM-W2 with DFS Japan/u.s. GCOM-W3 Japan/u.s. Design Life Extended Life Approved Proposed Needed Operating 13

14 GMES Space component: Sentinel rpograms at ESA

15 Sentinel 1 - Sentinel 3 SAR Imaging radar SAR Ocean parameters:
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 Sentinel-3 A and B ESA, (GMES program) Mission Profile:
We care for a safer world 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

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 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 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 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) 20

21 OSTST 2011 – Juliette Lambin

22 Reference: 2D spectrum from WAM model
00:00 UTC 06:00 UTC 08:00 UTC 10:00 UTC 15:00 UTC Prestige SOS 14:00 UTC Reference: 2D spectrum from WAM model CFOSAT/SWIM estimation (simulations from SimuSWIM) Hs: 5.1 m U: 11.7 m/s Hs: 5.8 m U: 22.2 m/s Hs: 6.1 m U: 8.8 m/s Hs: 6.5 m U: 21.0 m/s Hs: 6.5 m U: 17.3 m/s

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 March’11 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 Mission SWOT: Surface Water and Ocean Topography
Jason T/P 100 km Mission proposée dans le cadre d’une collaboration NASA/CNES, pour un lancement vers 2018 Le futur de l’altimétrie (cartographie haute résolution, côtier) Une révolution à venir en hydrologie

25 Improvement of range resolution
De l’altimétrie nadir à l’altimétrie à fauchée (courtesy J.-C. Souyris) Speed (azimuth – along-track) range ground resolution swath Improvement of range resolution

26 La synthèse d’ouverture
ALONG TRACK ALONG TRACK Azimuth resolution Azimuth resolution On utilise le déplacement du satellite pour « simuler » une antenne radar plus large, donc une résolution au sol plus fine

27 Height restitution by interferometry
From nadir altimetry to swath altimetry A1 B A2 Interferometric Phase (r1-r2) Range (on-board clock) Orbit (DORIS, GPS) Baseline q r2 r1 H M Height restitution by interferometry h

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 l’océan « 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 Jason series SWOT Thank you ! SARAL CFOSAT


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