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Indices satellitaux et stress hydrique de la végétation méditerranéenne: du bosquet au pixel Dauriac*, Deshayes*, Gillon**, Moro***, Valette*** *Cemagref-ENGREF.

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1 Indices satellitaux et stress hydrique de la végétation méditerranéenne: du bosquet au pixel Dauriac*, Deshayes*, Gillon**, Moro***, Valette*** *Cemagref-ENGREF **CEFE/CNRS ***INRA-IUFM Projet GIS , Convention DERF /01, 24 mois

2 2/19 Sites détude 30 sites du Réseau Hydrique ONF 2 sites de garrigue : Causse dAumelas (Cemagref) Garrigue de chêne kermès (Quercus coccifera) Taillis de chêne vert (Quercus ilex) 1 site de maquis : Massif des Maures (INRA) Arbousier commun (Arbutus unedo) Bruyère arborescente (Erica Arborea) Maquis de bruyère et darbousier

3 3/19 Thème 1. Variabilité de la teneur en eau Suivi de la variabilité spatio-temporelle de la teneur en eau (CEMAGREF-INRA) Mesure de la teneur en eau des feuilles de quatre esp è ces arbustives m é diterran é ennes sur deux zones d é tude, sur deux p é riodes ( é t é s 2001 et 2002) : - Causse dAumelas : chêne vert et chêne kermès - Massif des Maures : arbousier et bruyère arborescente Suivi spatial et individuel des pieds

4 4/19 Exemple de 6 bouquets suivis en 2003 dans le massif des Maures 100 m distances effectifs espèces années de 75 à 750 m de 2 à 6 bouquets , 2002, 2003 Thème 1. Variabilité de la teneur en eau a) niveau bouquet Différence de comportement hydrique entre bouquets ?

5 5/19 Bruyère 2 bouquets en 2002 d = 400 m Comportement inter-bouquet homogène pour la bruyère arborescente Arbousier Comportement inter-bouquet hétérogène pour larbousier Thème 1. Variabilité de la teneur en eau a) niveau bouquet

6 6/19 peuplement Exemple : 69 prélèvements de feuilles chêne kermès, Causse dAumelas, 4 sept de 5 à 1000 mdistances de 45 à 69 piedseffectifs 4espèces 2001 et 2003années Thème 1. Variabilité de la teneur en eau b) niveau peuplement Niveau peuplement : Y a til une structure spatiale de la teneur en eau de la végétation et à quelle distance ?

7 7/19 Cartographie de la teneur en eau du chêne kermès variabilité spatiale 100 m Thème 1. Variabilité de la teneur en eau moyenne de 8 pieds été juin 16 oct 40% 50% krigeage des relevés du 18 juillet % 52% = variabilité temporelle

8 8/19 Thème 1 : synthèse Métrologie de terrain Au niveau spatial : au moins 30 individus répartis aléatoirement dans le peuplement (feuilles de lumière et de lannée) Au niveau temporel : prélever entre 14 et 16 h et au moins 1 fois par semaine mesures de référence à comparer aux données satellitaires

9 9/19 Thème 2. Spectroscopie de la teneur en eau déchantillons secs Comparaison entre valeurs mesurées et valeurs prédites par spectroscopie proche infra-rouge sur échantillons secs (CNRS) Spectroscopie dans le proche infrarouge ( nm) des feuilles s é ch é es et broy é es de 8 esp è ces (2001 et 2002) Relation entre spectre obtenu et teneur en eau (FMC) initiale des feuilles fra î ches Excellente modélisation quelle que soit lespèce Calibration (r² = 0.93) et Validation (r² = 0.91) précision de la prédiction : erreur sur FMC prédite = 2 fois erreur sur mesure classique FMC

10 10/19 Thème 2. Spectroscopie de la teneur en eau déchantillons secs Teneur en eau A. unedo et E. arborea - Maures, 2001 Site A Teneur en eau (%) Site B

11 11/19 Thème 3. Spectroscopie de la teneur en eau de feuilles fraîches Analyse des réponses spectrales des feuilles selon leur niveau de stress (CEMAGREF ) Spectroradiom é trie proche infrarouge ( nm) et mesure des composantes du rayonnement (r é flectance, absorptance et transmittance) Relation entre spectre et niveau de stress hydrique des feuilles de trois esp è ces

12 12/19 r² entre la réflectance à une longueur donde et la teneur en eau (indices FMC et EWT) r2r2 modèle global détalonnage à 7 longueurs donde (r² = 0.9 SD/SECV > 3) visible PIR MIR Thème 3. Spectroscopie de la teneur en eau de feuilles fraîches

13 13/19 Thème 4. Télédétection de la teneur en eau Simulation du taillis de chêne vert sur le Causse dAumelas : - Modèles : Prospect (feuille) + Géosail (couvert) - Analyse de sensibilité EFAST (5.000 tirages) 1350nm 1900nm 60% Paramètres - chlorophylle - matière sèche SLW - teneur en eau EWT - surface foliaire LAI - angle zénithal solaire ( Danson et Bowyer, 2003 ) chlorophylle modélisation radiative : teneur en eau et réponse spectrale

14 14/19 Teneur en eau FMC indice GVMI Thème 4. Télédétection de la teneur en eau Analyse de la dynamique temporelle sur 1 pixel (site n°3 des Alpes-Maritimes, été 2001, exemple de MODIS) 1 jour Teneur en eau FMC indice GVMI (PIR + 0,1) – (MIR + 0,02) (PIR + 0,1) + (MIR + 0,02) Global Vegetation Moisture Index Ceccato et al., 2002 Grande variabilité des données satellitaires journalières très bruitées : perturbations radiométriques & atmosphériques

15 15/19 Thème 4. Télédétection de la teneur en eau sans modèle de correction avec corrections radiométriques site chêne vert Hérault été 2003 Rouge PIR Réflectance Pour ce site, r² entre FMC et indice sat. passe de 37% à 74% (n=14) Besoin damélioration des produits satellitaires Nouveaux traitements MODIS 1 jour : modèle de BRDF de la NASA, utilisé sur les synthèses à 16 jours, et appliqué aux données journalières écart-type des valeurs de réflectance : -50% R et -66% PIR

16 16/19 Thème 4. Télédétection de la teneur en eau Perspectives : couplage VGT 1 et 2 VGT h30 VGT h40 VGT h 21 juillet 2002 depuis juin 2002 : 2 capteurs VGT quasi identiques au même moment 2 à 3 angles d'observation différents pour un même site synthèses à 7 jours ( Olivier Hagolle, CNES mai 2004 ) D10 : jusquà 10 observations par pixel H7 : jusquà 21 observations

17 17/19 3 sites = 3 pixels x 10 périodes corrélation entre « teneur en eau » et « indices satellitaires » D10 en 2001 : r 2 = 21% (n=32) H7 en 2002 : r 2 = 73% (n=29) Thème 4. Télédétection de la teneur en eau Perspectives : synthèses à 7 jours massif des Maures Été 2002 Teneur en eau FMC indice GVMI

18 18/19 VGT-D10, été 2001 Thème 4. Télédétection de la teneur en eau Perspectives : potentialité de cartographier les variations de la teneur en eau des massifs forestiers VGT-H7, été 2002 faible fort 60 km site des Maures stress hydrique fort site de Montpellier stress hydrique moyen

19 19/19 Projet GIS : Synthèse Métrologie de terrain protocole de prélèvement optimisé identification des échelles spatiales et temporelles de variation de la teneur en eau de la végétation Spectroscopie de feuilles intérêt du MIR et des nouveaux capteurs satellitaires Télédétection nouveaux produits améliorés mais … … produits encore mal adaptés à lobjectif Besoin de correction des perturbations atmosphériques et radiométriques


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