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Corrections radiométriques des images optiques satellitales (Travail pratique 2) Pour le moment dans notre cours: Rayonnement solaire réfléchi trouver.

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1 Corrections radiométriques des images optiques satellitales (Travail pratique 2) Pour le moment dans notre cours: Rayonnement solaire réfléchi trouver la réflectance au sol des mesures des capteurs Rayonnement émis trouver la température au sol des mesures des capteurs

2 Rayonnement solaire réfléchi (RSR) Étape 1: Conversion des valeurs numériques en luminances au capteur Étape 2: Calcul des luminances au sol par élimination des effets atmosphériques Étape 3: Conversion des luminances au sol en réflectances au sol

3 Rayonnement émis (IRT) Étape 1: Conversion des valeurs numériques en luminances au capteur Étape 2: Calcul des luminances au sol par élimination des effets atmosphériques Étape 3: Conversion des luminances apparentes au sol en luminances vraies au sol en éliminant les effets de lémissivité Étape 4: Calcul des températures au sol par les luminances vraies

4 Étape 1 (RSR et IRT) Étalonnage du capteur Metadonnées Exemple: Landsat-7

5 Étape 2 (RSR et IRT)

6 Étape 3 (RSR)

7 Étape 3 (IRT)

8 Étape 4 (IRT) Calcul de la température par le Lsol (vraie) approximation de la loi de Plank

9 Réponses aux questions Plusieurs façons daborder le problème ici modélisation physique du transfert radiatif dans le système surface-atmosphère (code atmosphérique)

10 RSR (Transfert radiatif)

11 Quest-ce quun code peut faire? Un code simule la quantité du rayonnement solaire (éclairement, luminance) mesurable à un point quelconque dans le système Terre-atmosphère et à une longueur donde quelconque. Pour ce faire : Solution approximative de léquation intégro- différentiale du transfert du rayonnement solaire dans le système Terre-atmosphère, pour cela il faut aussi: Fixer les conditions aux limites du système Fixer la structure de latmosphère Décrire les deux phénomènes de base: absorption + diffusion

12 Exemple: le CODE 6S (Second Simulation of a Satellite Signal in the Solar Spectrum) Solution: méthode de qualité, relativement rapide à exécuter Conditions aux limites du système: plusieurs possibilités pour la surface terrestre, possibilités de simuler diverses conditions géométriques dillumination et dobservation Structure de latmosphère: atmosphère multi-couches, introduction de laltitude du terrain, plusieurs possibilités quant aux composants (gaz, aérosol) Phénomènes: absorption, diffusion, possibilité de mieux approcher les effets de la vapeur deau.

13 Structure de latmosphère: chaque couche est peuplée dun nombre de molécules des gaz et de particules en suspension (aérosol)

14 Les conditions aux limites: Léclairement solaire aux confins de latmosphère (supposé connu observations)

15 Conditions géométriques: illumination-observation (cas satellite)

16 Passage par latmosphère

17 Diffusion et absorption La constitution de latmosphère en molécules des gaz pas mal connue et stable à lexception de la vapeur deau et dans une moindre mesure de lozone stratosphérique; Les propriétés de diffusion et dabsorption des molécules des gaz pas mal connues; Le grand inconnu les particules de laérosol;

18 Température [K] Log(H 2 O [gm -3 ]) Log(O 3 [gm -3 ]) 2 -3 Log(P [mb]) -3 2 P T Altitude [km] H2OH2O O3O3 Profil Atmophérique : zone tempérée : été Pour les calculs de labsorption et de la diffusion par les molécules des gaz nécessaire de connaître profil vertical température/pression ainsi que le profil vertical ozone + vapeur deau: modèles par défaut

19 Pour les aérosols on suppose la composition connue (rural, urbain, maritime,…) et on cherche à estimer la charge par les données satellitales mêmes ou dautres approches (plus loin). Pour la distribution verticale autres hypothèses…. Également le plus souvent on suppose lindépendance des phénomènes dabsorption et de diffusion

20 Éclairement direct du soleil Le code alors calcule léclairement direct incident à un élément au sol

21 Éclairement diffus du ciel Le code alors calcule léclairement du ciel incident à un élément au sol

22 Comment réagit la surface face à léclairement solaire direct? La réflectance bidirectionnelle

23 Comment réagit la surface face à léclairement diffus du ciel? La réflectance hémisphérique- directionnelle Pour toute direction de provenance on trouve la réflectance bidirectionnelle et lon fait la somme

24 Attention!!! LES COURBES DE SIGNATURES SPECTRALES RÉFLECTANCE HÉMISPHÉRIQUE-HÉMISPHÉRIQUE

25 Réflectance bidirectionnelle Le code 6S propose une série de modèles adaptées à différents types de surface (surtout couvert végétal) Dans la pratique difficultés dappliquer ces modèles car on ne connaît pas le type de surface

26

27 Le plus souvent (malgré la validité questionnable de lhypothèse) on suppose que la surface est isotrope alors: La réflectance bidirectionnelle = réflectance hémisphérique- directionnelle; alors Luminance quittant la surface = L sol = E tot *ρ/

28 Luminance de la surface est atténuée par latmosphère Le code calcule la transmittance

29 À cette luminance sajoute la luminance propre à latmosphère L p Le code calcule la luminance parasite

30 Maritime Rural Urbain Rayonnement dans le visible quittant latmosphère selon le type de laérosol

31 Longueur donde [ m] Réponse spectrale [%] Longueur donde [ m] Réponse spectrale [%] SENSIBILITÉ SPECTRALE DES BANDES TM3,TM4 et TM5 TM 3 TM 4 La luminance par longueur donde qui arrive au capteur est finalement: L sat = L sol T r + L p Le capteur filtre le rayonnement reçu selon la bande spectrale: la luminance totale est la somme de toute luminance spectrale qui passe par le filtre pondérée par la sensibilité du détecteur de cette bande

32 1. Capteurs spéciaux 2. Cibles obscures 3. Visibilité Estimation de la charge totale daérosols Profondeur optique daérosols

33 1. Capteurs spéciaux : MISR Résolution basse par de système disponible équivalent pour les résolutions moyennes et hautes

34 2. La méthode des cibles obscures L sat = L sol T r + L p L sat = L p Application du code dune manière itérative trouve la profondeur optique qui donne une luminance parasite équivalente à celle observée

35 3. La visibilité Si lon dispose dune mesure de la visibilité (exemple aéroport) 6S a des modèles de calcul de la profondeur optique (méthode très approximative)

36 Un exemple de correction

37 Les choses se complexifient lorsque le terrain est accidenté Le modèle de réflectance isotrope simplifie les calculs mais des erreurs importantes.

38 Les capteurs aéroportés: effets importants de réflexion bidirectionnelle

39 IRT (Transfert radiatif)

40 Formulation

41 Solutions? 1 seul canal (ex. Landsat) 2 et plus canaux (ex. ASTER)

42 1 canal Créer des cartes approximatives démissivité Ex. type doccupation du sol valeurs par défaut

43 Plusieurs canaux Ex. Algorithme TES (temperature- emissivity separation) Idée de base: peu importe le canal la température de surface reste la même; Alors processus itératif: quelles sont les valeurs de lémissivité pour que les valeurs de Lsol (vraie) calculées pour une température, qui reste constante pour lensemble de bandes, sont équivalentes à Lsol (vraie) observées simultanément pour tous les canaux


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