NOVELTIS : ADAM - Database sur la réflectance des surfaces terrestres

Base de données des variations de la réflectance des surfaces terrestres

La base de données ADAM et sa boîte à outils associée développées par NOVELTIS permettent de simuler les signatures hyperspectrales et directionnelles de la réflectance des surfaces terrestres à l’échelle mondiale.

Dans le domaine optique des longueurs d’onde, les données acquises par les radiomètres imageurs spatiaux sont utilisées pour estimer différents paramètres géophysiques relatifs à l’état de l’atmosphère, de l’océan, et des terres émergées. Ces mesures radiométriques sont exprimées en termes de “réflectance” de la surface visée.

La réflectance des différents types de surfaces terrestre varie 1) selon la longueur d’onde en fonction des propriétés d’absorption/diffusion des éléments constitutifs (e.g. pigments photosynthétiques et non-photosynthétiques et teneur en eau pour les feuilles des couverts végétaux, composition minéralogique pour les sols, composition en chlorophylle a des algues et du phytoplankton pour les océans, etc.) et 2) selon la géométrie d’illumination et de visée en fonction de différents facteurs “géométriques” des milieux considérés (pente des vagues pour les océans, distribution spatiale des feuilles et rugosité pour les couverts végétaux, etc.). La plupart des surfaces terrestres ont d’ailleurs un comportement largement anisotrope (variation de la réflectance avec la géométrie d’observation).

Pour autant, cette anisotropie est souvent négligée par les algorithmes opérationnels utilisés pour les corrections atmosphériques ou pour l’estimation de paramètres atmosphériques (caractéristiques de gaz trace, des nuages, etc.). Il apparait donc important de se doter d’informations réalistes sur les variations spectro-directionnelles de la réflectance des surfaces terrestres, à l’échelle mondiale, afin d’en quantifier l’impact sur ces estimations.

Détails du projet

Site web

Catégories :

Spatial

Mots clés :

ADAM, Base de données, Chlorophylle, Océans, Réflectance, Terres émergées, Vitesse de vent

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La base de données ADAM et sa boîte à outils associée développées par NOVELTIS permettent de simuler les signatures hyperspectrales et directionnelles de la réflectance des surfaces terrestres à l’échelle mondiale.

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Dans le domaine optique des longueurs d’onde, les données acquises par les radiomètres imageurs spatiaux sont utilisées pour estimer différents paramètres géophysiques relatifs à l’état de l’atmosphère, de l’océan, et des terres émergées. Ces mesures radiométriques sont exprimées en termes de “réflectance” de la surface visée.

La réflectance des différents types de surfaces terrestre varie 1) selon la longueur d’onde en fonction des propriétés d’absorption/diffusion des éléments constitutifs (e.g. pigments photosynthétiques et non-photosynthétiques et teneur en eau pour les feuilles des couverts végétaux, composition minéralogique pour les sols, composition en chlorophylle a des algues et du phytoplankton pour les océans, etc.) et 2) selon la géométrie d’illumination et de visée en fonction de différents facteurs “géométriques” des milieux considérés (pente des vagues pour les océans, distribution spatiale des feuilles et rugosité pour les couverts végétaux, etc.). La plupart des surfaces terrestres ont d’ailleurs un comportement largement anisotrope (variation de la réflectance avec la géométrie d’observation).

Pour autant, cette anisotropie est souvent négligée par les algorithmes opérationnels utilisés pour les corrections atmosphériques ou pour l’estimation de paramètres atmosphériques (caractéristiques de gaz trace, des nuages, etc.). Il apparait donc important de se doter d’informations réalistes sur les variations spectro-directionnelles de la réflectance des surfaces terrestres, à l’échelle mondiale, afin d’en quantifier l’impact sur ces estimations.

Pour être utile, une base de données des variations spectro-directionnelles des surfaces terrestres à l’échelle mondiale doit couvrir des gammes spectrales et directionnelles relativement larges, tout en ayant un faible volume.

Pour répondre à ces contraintes, l’approche repose sur le développement d’une boîte à outils permettant, pour chaque pixel de la surface du globe, de calculer la réflectance spectro-directionnelle, à partir d’un nombre limité de produits satellites grillés qui constituent donc la base ADAM.

Moyens employés

Pour les terres émergées (sol, végétation et neige), les données utilisées consistent en une climatologie mensuelle (pour une année typique) de réflectances normalisées (corrigées des effets directionnels) issues des observations par les instruments MODIS dans 7 bandes spectrales (visible et proche infrarouge). Des algorithmes spécifiques ont été développés pour interpoler/extrapoler ces valeurs de réflectance sur une gamme spectrale étendue (240-4000 nm) à la résolution de 1 nm, et pour ensuite simuler les signatures directionnelles des surfaces.
Pour les surfaces océaniques, les algorithmes de calcul reposent sur des estimations de concentration en chlorophylle issue de l’instrument SeaWiFs pour simuler la dépendance essentiellement spectrale de la réflectance, et de vitesse de vent issue de QuikScat pour représenter la composante directionnelle.
Un site web est mis à disposition par NOVELTIS (adam.noveltis.fr) pour permettre l’accès à la base de données et aux outils de calcul, tout en permettant de visualiser les données et d’effectuer des calculs en ligne.

Résultats

La base de données ADAM (A surface reflectance DAtabase for ESA’s earth observation Missions) consiste en une climatologie représentative de l’année 2005 pour les terres émergées et de la période 1999-2009 pour les océans. Elle est fournie à la résolution mensuelle, et à 0.1° à l’échelle mondiale.
Les outils de calcul ADAM permettent le calcul de réflectances hyperspectrales sur le domaine 240-4000 nm à 1 nm de résolution, et dans n’importe quelle géométrie d’observation choisie par l’utilisateur.
Le portail ADAM offre différentes fonctionnalités pour l’accès aux données, incluant la possibilité de visualiser des cartes de réflectance mensuelles ou d’effectuer des calculs en ligne.
Le produit ADAM (base de données et résultats de simulation) a été validé par rapport à des données de réflectance multispectrales/multidirectionnelles issues des mesures de l’instrument PARASOL pour l’année 2008.
Au final, cela doit permettre d’améliorer les chaînes de traitement pour l’estimation des paramètres atmosphériques (concentration en aérosols, gaz traces, etc.) à partir des données acquises par les instruments spatiaux dans le domaine UV-proche infrarouge.