Sentinel-5p Innovation – Fluorescence chlorophyllienne induite par le soleil

Présentation du projet

Le projet TROPOSIF de l'ESA est l'un des sept thèmes de l'activité Sentinel-5p+ Innovation (S5p+I) financée par l'ESA, qui vise à développer de nouveaux produits scientifiques et de nouvelles méthodes de restitution à partir des données de l'instrument TROPOMI (TROPOspheric Monitoring Instrument), embarqué sur la mission Copernicus Sentinel-5 Precursor lancée en octobre 2017.

Bien que la mission Sentinel-5P ait été conçue pour surveiller l'atmosphère terrestre, les performances spectrales et radiométriques de TROPOMI permettent aussi de suivre la fluorescence induite par le soleil (SIF) de la végétation terrestre, avec une résolution spatiale et temporelle sans précédent.

Qu'est-ce que la SIF ?

La fluorescence chlorophyllienne induite par le soleil (SIF) est un signal électromagnétique émis par la chlorophylle a des plantes en activité : une partie de l'énergie absorbée par la chlorophylle a n'est pas utilisée pour la photosynthèse, mais réémise à des longueurs d'onde plus grandes, sous la forme d'un spectre à deux pics couvrant environ 650 à 850 nm. Le signal de SIF réagit instantanément aux variations des conditions environnementales, comme la lumière ou le stress hydrique, ce qui en fait un indicateur direct de l'activité photosynthétique. Il ne représente toutefois qu'une faible part (0,5 % à 2 % environ) de la luminance au sommet du couvert, composée surtout de lumière solaire réfléchie : son estimation depuis l'espace exige une haute résolution spectrale et des méthodes de restitution avancées.

Pourquoi s'intéresser à la SIF ?

Ces dernières années, les observations spatiales de SIF se sont imposées comme une ressource prometteuse pour évaluer la répartition dans l'espace et le temps de l'absorption brute de carbone (GPP, productivité primaire brute) par les écosystèmes terrestres, encore mal connue. Pour les études climatiques, notre capacité à anticiper l'évolution des flux de carbone nets et bruts à l'échelle du globe repose largement sur les modèles globaux de biosphère terrestre. Leur paramétrisation reste très incertaine, et les produits satellitaires de SIF devraient réduire nettement l'incertitude des projections de l'absorption de carbone par les terres.

Objectifs du projet

Le projet TROPOSIF de l'ESA poursuit deux objectifs :

• produire un produit global de SIF à partir de TROPOMI, ce qui demande de nouveaux développements des méthodes de restitution et la comparaison aux meilleurs jeux de données globaux de SIF existants, issus de TROPOMI et d'OCO-2 ;
• exploiter ce jeu de données pour montrer l'apport du produit SIF de TROPOMI à plusieurs sujets de recherche sur la végétation et le cycle du carbone, notamment par son assimilation dans le modèle de biosphère terrestre ORCHIDEE. Le projet étudie aussi l'intérêt de cette méthode pour les futures missions Sentinel-4 et Sentinel-5, et fait connaître le produit SIF auprès des communautés de modélisation du climat et des surfaces continentales.

Partenaires du projet

• NOVELTIS, France
• Universitat Politècnica de València, Espagne
• LSCE – Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement, France
• SRON – Institut néerlandais de recherche spatiale, Pays-Bas

Accès aux données

Les produits TROPOSIF comprennent :

• des estimations de la SIF à 740 nm, obtenues par une approche fondée sur les données, avec un modèle direct linéaire ajusté aux luminances au sommet de l'atmosphère dans le rouge lointain :
  • la SIF restituée dans la fenêtre 743–758 nm (produit SIF de référence) ;
  • la SIF restituée dans la fenêtre élargie 735–758 nm (produit secondaire), au meilleur rapport signal sur bruit mais plus sensible aux conditions atmosphériques ;
• la réflectance spectrale de surface dans 7 bandes couvrant 665 à 785 nm.

La période couverte va de mai 2018 à mars 2021.

Format des données

Les produits TROPOSIF sont fournis en données non maillées, dans des fichiers netCDF-4 autodocumentés. Il en existe deux types :

• données L2 : fichiers par orbite, toutes les restitutions (avec indicateur de qualité) ;
• données L2B : fichiers quotidiens, restitutions valides seulement.

Disponibilité

Les données L2B sont disponibles sur ftp.sron.nl/open-access-data-2/TROPOMI/tropomi/sif/v2.1/l2b/, selon les conditions d'utilisation des données TROPOSIF (en anglais).

Documents

• Manuel utilisateur du produit (PDF, en anglais)
• Étude TROPOSIF et résultats (PDF, en anglais)

Publications

• Guanter, L., Aben, I., Tol, P., Krijger, J. M., Hollstein, A., Köhler, P., et al. (2015). Potential of the TROPOspheric Monitoring Instrument (TROPOMI) onboard the Sentinel-5 Precursor for the monitoring of terrestrial chlorophyll fluorescence. Atmospheric Measurement Techniques, 8(3), 1337–1352. doi:10.5194/amt-8-1337-2015
• Köhler, P., Frankenberg, C., Magney, T. S., Guanter, L., Joiner, J., & Landgraf, J. (2018). Global retrievals of solar induced chlorophyll fluorescence with TROPOMI: first results and inter-sensor comparison to OCO-2. Geophysical Research Letters. doi:10.1029/2018GL079031
• Bacour, C., Maignan, F., Peylin, P., MacBean, N., Bastrikov, V., Joiner, J., … & Frankenberg, C. (2019). Differences between OCO-2 and GOME-2 SIF products from a model-data fusion perspective. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences. doi:10.1029/2018JG004938
• Bacour, C., Maignan, F., MacBean, N., Porcar-Castell, A., Flexas, J., Frankenberg, C., … & Bastrikov, V. (2019). Improving estimates of Gross Primary Productivity by assimilating solar-induced fluorescence satellite retrievals in a terrestrial biosphere model using a process-based SIF model. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences. doi:10.1029/2019JG005040