Suite

8 : Satellites et Radar - Géosciences


Pour comprendre et prévoir la météo, il faut d'abord la mesurer. In-situ ou alors direct les instruments météorologiques doivent toucher physiquement ou être exposés à l'air mesuré. Les exemples comprennent thermomètres (Température), baromètres (pression), hygromètres (humidité), anémomètres (vitesse du vent), girouettes (direction du vent), pyranomètres (rayonnement solaire), et pluviomètres (précipitation).

Capteurs à distance déduire les conditions météorologiques en détectant les caractéristiques des ondes se propageant à partir de régions éloignées. Les ondes peuvent être électromagnétiques (lumière, infrarouge, micro-ondes, etc.) ou sonores. actif systèmes d'instruments à distance tels que radar (RADio Detection And Ranging) transmettent leurs propres ondes vers l'objet, puis reçoivent le signal renvoyé aux capteurs. Passif certains, tels que certains capteurs satellites, reçoivent des ondes émanant naturellement de l'objet.

Les nuages, les précipitations et les molécules d'air peuvent totalement ou partiellement absorber rayonnement électromagnétique (Fig. 8.1a), dispersion dans plusieurs directions (Fig. 8.1b), ou réfléchir (Fig. 8.1c). Des objets aussi émettre rayonnement (Fig. 8.1d) selon la loi de Planck. Les interactions du rayonnement avec la Terre, l'air et les nuages ​​créent le signaux que les satellites et les radars utilisent.

Ce chapitre couvre les bases de satellites météo et radar. D'autres systèmes de capteurs à distance, non couverts ici, comprennent lidar (détection de la lumière et télémétrie), et soude (Détection et télémétrie du son).

  • 8.0 : Transfert radiatif pour les satellites
    Les satellites météorologiques ont des capteurs passifs appelés radiomètres qui mesurent le rayonnement électromagnétique ascendant de la Terre et de l'atmosphère. Les rayonnements infrarouges (IR, ondes longues) et micro-ondes sont émis par la Terre, l'océan, l'atmosphère, les nuages ​​et le soleil (voir le chapitre Rayonnement). La lumière visible (rayonnement à ondes courtes ou solaire) est émise par le soleil et réfléchie et absorbée par le système Terre. Des portions supplémentaires du spectre électromagnétique sont utiles pour la télédétection.
  • 8.1 : Satellites météorologiques
  • 8.2 : Radars météorologiques
  • 8.3 : Révision
  • 8.4 : Exercices à la maison

Vignette : Image infrarouge des tempêtes au-dessus du centre des États-Unis à partir du satellite GOES-17. (Domaine public ; NOAA)


8 : Satellites et Radar - Géosciences

mar-03 août | 08h30-10h30 | MR12

Missions radar/SAR par satellite SS01 pour les géosciences interdisciplinaires

Description de la séance :
Les satellites radar à synthèse d'ouverture (SAR) apportent des contributions sans précédent aux études de la Terre en tant que système intégré grâce à une combinaison d'observations nouvelles et existantes qui fournissent un ensemble d'observations en constante expansion sur la surface et l'intérieur de la Terre, la cryosphère, les écosystèmes, les et les risques anthropiques, l'hydrologie terrestre, les océans et de nombreuses applications scientifiques. Plusieurs missions satellitaires SAR ont été lancées et devraient être lancées par des agences spatiales internationales et des centres spatiaux, fournissant d'énormes ensembles de données pour les observations de la Terre qui fournissent collectivement une couverture mondiale et des archives multifréquences interdécennales. Les progrès des satellites opérationnels et de recherche ont un impact significatif à la fois sur la compréhension et les prévisions scientifiques, contribuant ainsi à des avantages sociétaux dans de nombreux domaines. Étant donné que les durées de vie de ces satellites SAR se chevauchent du passé au présent et à l'avenir, cette session se concentrera sur les efforts visant à examiner les développements actuels et à venir dans la constellation SAR internationale qui permettent des géosciences interdisciplinaires et favorisent les synergies entre les différentes missions SAR qui transformer les connaissances qui en résultent en produits scientifiquement et socialement utiles.

Mots clés: Satellites radar à synthèse d'ouverture (SAR)

Organisateurs :
Gérald BAWDEN, Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace (NASA)
Fils NGHIEM, Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology
Lam Dao NGUYEN, Centre d'application de la technologie spatiale de Ho Chi Minh-Ville


Géosciences planétaires

Nous étudions la géologie, la composition de la surface et l'intérieur des planètes terrestres, couvrant un éventail de sujets, notamment la cartographie planétaire, l'analyse de données, les études de laboratoire et la modélisation. Les membres du groupe travaillent dans toutes les phases du travail de la mission, y compris le développement, le matériel et les opérations.

  • Quelles sont les histoires géologiques et tectoniques des planètes telluriques et des satellites ?
  • Comment les planètes telluriques se sont-elles formées ?
  • Quelle est la composition élémentaire et minéralogique des matériaux de surface ?
  • Y a-t-il des environnements habitables où la vie peut avoir pris naissance ?
  • Quelle est l'interaction entre l'atmosphère et les matériaux de surface (par exemple les sols) ?

Géophysique & Géosciences Planétaires : Missions et Projets

Nous étudions les corps solides du système solaire, avec un accent particulier sur les planètes et les grands satellites. Nos sujets de recherche incluent la tectonique, la volcanologie, les processus d'impact, la cartographie géologique, la géochimie et la minéralogie de surface, la structure intérieure, la lithosphère et la dynamique du manteau.

Les corps que nous étudions incluent Mars, Terre, Vénus, Lune, Io, Europe, Titan, Vesta et Cérès, et nos méthodes incluent l'interprétation d'images (visible, infrarouge, radar), le travail de laboratoire, le travail sur le terrain, la spectroscopie infrarouge, l'interprétation de données géophysiques, modélisation et travaux de laboratoire.


Comment fonctionne le radar

Après avoir lu cette section, vous devriez être en mesure de décrire le fonctionnement d'un radar et la partie du spectre électromagnétique utilisée par les radars modernes. Vous devriez également pouvoir définir le terme « réflectivité » ainsi que ses unités. De plus, vous devriez être capable d'expliquer comment un radar localise un signal particulier et de décrire des concepts tels que l'élévation du faisceau et le fouillis de sol.

Je suppose que la plupart des gens ont déjà vu des images radar météo, que ce soit à la télévision, sur le Web ou sur votre application météo préférée. L'imagerie radar est peut-être le produit de télédétection le plus couramment consommé par le public. L'imagerie radar aide les prévisionnistes météorologiques à détecter les précipitations depuis la Seconde Guerre mondiale, mais les racines du radar moderne remontent à la fin des années 1800 et aux travaux du physicien allemand Heinrich Hertz sur les ondes radio. Alors que les premiers radars utilisaient des ondes radio (le radar est en fait un acronyme pour RAdio détection UNEsd Ranging), les États-Unis, dans un effort conjoint avec la Grande-Bretagne, ont fait progresser la conception du radar en utilisant des micro-ondes, qui ont des longueurs d'onde plus courtes que les ondes radio, comme vous vous en souvenez peut-être de nos discussions sur le spectre électromagnétique.

Le passage à des longueurs d'onde plus courtes a fourni plus de précision dans la détection et la localisation des objets par rapport à l'émetteur à micro-ondes, et dans le radar de la Seconde Guerre mondiale, il s'agissait de détecter les avions ennemis, ainsi que les escadrons de gouttes de pluie aéroportées, de granules de glace, de grêle et de flocons de neige. En fin de compte, les radars de la Seconde Guerre mondiale ont servi de prototypes aux radars WSR-57 qui ont été utilisés par le National Weather Service pendant des décennies (WSR signifie "Weather Surveillance Radar" et le "57" fait référence à 1957, la première année où ils sont devenus opérationnel). Cette image, prise à partir d'un radar WSR-57, qui semble plutôt grossier par rapport aux normes modernes, montre le schéma des précipitations de l'ouragan Carla près de la côte du Texas le 10 septembre 1961. La flèche jaune dans le quadrant nord-est des points de tempête à l'endroit où une tornade (une colonne d'air en rotation rapide s'étendant de la base d'un nuage jusqu'au sol) s'est produite près de Kaplan, en Louisiane.

La prochaine génération de radars, étiquetée de manière appropriée avec l'acronyme NEXRAD pour NEXt Génération RADars, est devenu opérationnel en 1988. Les météorologues appellent souvent l'un de ces radars un WSR-88D. Le "WSR" est l'abréviation de "Weather Surveillance Radar", le "88" fait référence à l'année où ce type de radar est devenu opérationnel et le "D" signifie "Doppler", indiquant la capacité du radar à détecter la vitesse et la direction du vent horizontal par rapport au radar (nous en reparlerons plus tard). Découvrez l'exemple d'image (ci-dessous) du radar WSR-88D au State College, PA, à 23Z le 27 avril 2011.

Alors, finalement, comment fonctionnent les radars ? Eh bien, pour commencer, le radar est un capteur distant actif, contrairement aux capteurs satellitaires que nous venons de couvrir. Alors que des radiomètres sont installés à bord de satellites en orbite dans l'espace et acceptent passivement le rayonnement qui leur vient de la Terre et de l'atmosphère, l'antenne d'un WSR-88D, logée à l'intérieur d'un dôme, transmet des impulsions de micro-ondes à des longueurs d'onde proches de 10 centimètres. Une fois que le radar transmet une impulsion de micro-ondes, toute particule en suspension dans l'air se trouvant sur le trajet des micro-ondes transmises (comme les insectes, les oiseaux, les gouttes de pluie, les grêlons, les flocons de neige, les granules de glace, etc.) diffuse les micro-ondes dans toutes les directions. Une partie de ce rayonnement micro-ondes est rétrodiffusée ou « réfléchie » vers l'antenne, qui « écoute » les « échos » des micro-ondes revenant des cibles aéroportées (voir l'animation ci-dessous).

La routine du radar consistant à transmettre une impulsion de micro-ondes, à écouter un écho, puis à transmettre l'impulsion suivante se produit plus rapidement qu'un clin d'œil. En effet, le radar émet et écoute au moins 1000 fois par seconde. Mais, comme un ami qui écoute bien, le radar passe le plus clair de son temps à écouter les échos du retour de l'énergie micro-ondes. L'antenne du radar doit avoir une très "bonne oreille" pour écouter, car seule une infime fraction de la puissance émise par le radar est réellement renvoyée. En effet, l'impulsion émise par le radar a environ 100 millions de fois plus de puissance que le signal de retour. Il s'avère qu'il est plus facile pour les météorologues de convertir ces faibles signaux de retour radar en une mesure alternative de l'intensité de l'écho appelée réflectivité avec des unités de dBZ (qui signifie "décibels de Z"), qui est une mesure logarithmique de la réflectivité. Ne vous inquiétez pas des détails de la mesure "logarithmique", l'essentiel est que la valeur de dBZ augmente à mesure que la force (puissance) du signal renvoyé au radar augmente.

Pour localiser la position d'un écho par rapport au site radar (dans la plage circulaire du radar), la distance linéaire de la cible et relèvement de la boussole du radar doit être déterminé. Tout d'abord, sachez que les signaux transmis et renvoyés se déplacent à la vitesse de la lumière, donc en mesurant le temps de "l'aller-retour" du signal radar (depuis le moment de la transmission jusqu'au moment où il revient), la distance qu'une cible donnée les mensonges du radar peuvent être déterminés. Par exemple, il faut moins de deux millisecondes aux micro-ondes pour parcourir une distance de 230 kilomètres (143 miles) et revenir à l'antenne radar (143 miles représente la portée maximale des radars exploités par le National Weather Service).

Comment le radar connaît-il la direction ou le relèvement de la cible par rapport au radar ? Eh bien, afin de "voir" dans toutes les directions, l'antenne radar tourne à 360 degrés à une vitesse variant généralement de 10 degrés à 70 degrés par seconde. Un ordinateur garde une trace de la direction vers laquelle l'antenne pointe à tout moment. Ainsi, lorsqu'un signal est reçu, l'ordinateur calcule la réflectivité, détermine l'angle et la distance par rapport au site du radar et trace un point de données à l'emplacement approprié sur la carte. Croyez-le ou non, tout cela se passe en une fraction de seconde !

Je dois mentionner, cependant, que le radar ne transmet généralement pas son signal parallèlement au sol. En effet, l'angle d'élévation standard n'est que de 0,5 degré au-dessus d'une ligne horizontale passant par l'antenne du radar (voir le schéma ci-dessous), cependant, certaines unités NEXRAD peuvent balayer à des angles d'élévation encore plus petits si le terrain local le permet. Quoi qu'il en soit, le "faisceau" radar n'est initialement pas beaucoup plus haut au-dessus du sol que le radar lui-même, mais avec l'augmentation de la distance du radar, le "faisceau" devient progressivement plus haut au-dessus du sol (et sa largeur augmente). À un angle de balayage de 0,5 degré et à une distance de 120 kilomètres (environ 75 miles) de l'émetteur radar, le "faisceau" radar est à plus de 1 kilomètre au-dessus de la surface (près de 3 300 pieds). Près de la portée maximale de 230 kilomètres, le faisceau radar est à deux fois cette altitude.

Ne vous inquiétez pas des détails du calcul de hauteurs de "faisceau" spécifiques, mais je veux vous faire prendre conscience de plusieurs implications de l'élévation croissante du balayage radar. Tout d'abord, vous devez réaliser que l'imagerie radar montre souvent la réflectivité des cibles de précipitations dans un nuage, et pas nécessairement ce qui tombe du nuage. Si vous ne réalisez pas ce fait, vous pouvez parfois être confus en regardant les images radar. Par exemple, souvent, lorsque de faibles précipitations tombent dans une couche d'air sec en dessous, elles s'évapore entièrement avant d'atteindre le sol. Pourtant, il peut sembler qu'il précipitait sur une image radar car le radar "voit" les précipitations au niveau du nuage.

Deuxièmement, vous devez réaliser que les signaux radar ne sont généralement pas obstrués par la géographie à des distances supérieures, disons, à 25 miles du radar (le "faisceau" est à plus de 1 100 pieds du sol à ce point). La seule exception à cette règle est qu'il existe certains endroits, en particulier dans l'ouest des États-Unis, où de hautes montagnes peuvent bloquer des parties du "faisceau" radar. Regardez cette image montrant la couverture des radars NEXRAD pour les États-Unis. Notez à quel point certains des "cercles d'échos" en Occident ressemblent à quelqu'un qui les a mordus. La couverture radar irrégulière sur l'ouest des États-Unis est le résultat direct du terrain montagneux bloquant certains des "faisceaux" radar.

Sur la plupart des sites, cependant, à moins de 25 milles du site radar, un ensemble de cibles fixes appelées "fouillis au sol", comprenant des bâtiments, des collines, des montagnes, etc., intercepte et rétrodiffuse fréquemment les micro-ondes vers le radar. Les ordinateurs filtrent régulièrement le fouillis du sol commun afin que les images radar ne donnent pas l'impression que les précipitations tombent toujours près du site radar.

Alors, maintenant que vous savez comment fonctionne le radar, qu'est-ce qui détermine la force du signal radar de retour ? Et comment interprétez-vous l'arc-en-ciel de couleurs sur les images radar ? Nous couvrirons ces questions dans la section suivante. Avant de continuer, cependant, veuillez examiner ces faits clés sur l'imagerie radar.


4.1 Récupération des mesures d'élévation de la surface du lac

Après Crétaux et al. (2017), l'élévation de la surface est déterminée pour chaque mission d'altimétrie radar par satellite selon l'Eq. (1) comme suit :

hretour est l'élévation de surface générée par un retracker, H est la hauteur de l'orbite du satellite, Rretour est la distance entre le satellite et le nadir de la surface terrestre générée par un retracker,Riono , etRmouiller , etRsec compenser le retard de l'impulsion radar dû respectivement à l'ionosphère, à la troposphère humide et à la troposphère sèche. ΔRsolideTerre etRpôle sont pour la correction de la marée terrestre solide et la correction de la marée polaire, et le géoïde convertit la surface de référence d'ellipsoïde en géoïde (hauteur orthométrique). Dans cette étude, le modèle du géoïde EGM2008 (Pavlis et al., 2012) est adopté.

En raison de la nature variable de l'atmosphère terrestre, les trois composantes atmosphériques ( ΔRiono ,Rmouiller , etRsec ) ont une influence significative sur la précision des mesures altimétriques (Fernandes et al., 2014 Fernandes et Lázaro, 2016 Crétaux et al., 2009 Scharroo et Smith, 2010). De nombreux modèles atmosphériques globaux ont été utilisés pour quantifier les biais induits par les trois composantes atmosphériques à différents endroits et moments. Pour la correction ionosphérique ( ΔRiono ), il a été recommandé d'utiliser le modèle NIC09 (New Ionosphere Climatology) pour les mesures altimétriques radar acquises avant septembre 1998 (Scharroo et Smith, 2010) et d'utiliser le modèle GIM (global ionosphere map) pour les mesures acquises après cette date (Iijima et al., 1999). Pour les corrections troposphériques sèches et humides ( ΔRsec etRmouiller ), les trois modèles atmosphériques les plus couramment utilisés sont produits par le Centre européen de prévisions météorologiques à moyen terme (ECMWF) et les Centres nationaux de prévision environnementale (NCEP). Ceux-ci incluent le modèle ECMWF (Miller et al., 2010), le modèle ECMWF Re-Analysis Interim (ERA) (Dee et al., 2011) et le modèle NCEP (Caplan et al., 1997). L'amplitude des corrections troposphériques sèches et humides dépend linéairement de la hauteur de la surface sur laquelle la mesure altimétrique est effectuée. Plus l'élévation de la surface est élevée, plus l'amplitude des termes de correction de la troposphère sèche et humide est faible. La différence entre les corrections troposphériques sèches calculées à la surface de la mer, avec une altitude de 0 m, et à la surface de la terre, avec une altitude de 5000 m, pourrait atteindre 1 m (Fernandes et al., 2014). Fernanders et Lázaro (2016) ont également développé un nouvel algorithme pour améliorer les corrections troposphériques humides qui peuvent être appliquées à différentes missions d'altimétrie radar. Dans cette étude, puisque nous nous concentrons principalement sur les produits de données officiels générés par chaque mission satellitaire, nous avons adopté les corrections troposphériques sèches et humides qui étaient contenues dans les produits de données officielles et ont été calculées avec la hauteur de la surface où les mesures altimétriques ont été pris. Le tableau 3 répertorie la version de chaque produit de données altimétriques et les modèles des trois corrections atmosphériques utilisées dans cette étude.

Tableau 3La version du produit de données altimétriques et les modèles des trois corrections atmosphériques.


Flottes de satellites radar mesurent les mouvements sur Terre comme jamais auparavant | les sciences

Par Julia RosenFév. 25, 2021, 14h00 L'Afrique de l'Est a été appelée le berceau de l'humanité. Mais la région géologiquement active a également donné naissance à des dizaines de volcans. Peu ont été surveillés pour des avertissements d'une éruption potentielle, et jusqu'à récemment, la plupart étaient considérés comme dormants. Ensuite, Juliet Biggs a décidé de regarder de plus près, ou plutôt de regarder de plus loin.

Biggs, géophysicien à l'Université de Bristol, utilise une technique appelée radar interférométrique à ouverture synthétique (InSAR) pour détecter de minuscules mouvements de la surface de la Terre depuis l'espace. Dans une série d'études, elle et ses co-auteurs ont analysé des données satellitaires sur les volcans d'Afrique de l'Est. Selon leurs derniers résultats, publiés le mois dernier, 14 ont augmenté ou diminué imperceptiblement au cours des 5 dernières années, un indice que le magma ou l'eau se déplacent sous terre et que les volcans ne sont pas complètement endormis. "Cela a vraiment changé la façon dont ces volcans sont perçus, passant de quelque chose de dormant à des systèmes vraiment très actifs", a déclaré Biggs. Après que les données aient montré que le volcan Corbetti, qui jouxte la ville à croissance rapide de Hawassa, en Éthiopie, gonflait régulièrement à un taux de 6,6 centimètres par an, les collègues éthiopiens de Biggs l'ont inclus dans le réseau de surveillance des risques géologiques du pays. Une explosion dans un port a secoué Beyrouth en août 2020. Des images radar avant et après ont été utilisées pour identifier les zones (en rouge) présentant des changements de surface dus à des bâtiments endommagés.

Et le flot de données InSAR augmente rapidement. Depuis 2018, le nombre de satellites SAR civils et commerciaux en orbite a plus que doublé. Et au moins une douzaine d'autres devraient être lancées cette année, ce qui porterait le total à plus de 60. Grâce aux avancées informatiques qui facilitent le traitement des données, les flottes de satellites pourraient bientôt être en mesure de détecter les changements de surface quotidiens voire horaires. à peu près chaque parcelle de terrain sur Terre. OBSERVATOIRE DE LA TERRE ARIA JPL-CALTECH DE SINGAPOUR UNIVERSITÉ TECHNOLOGIQUE DE NANYANG PROGRAMME DES CATASTROPHES DES SCIENCES APPLIQUÉES À LA TERRE DE LA NASA DONNÉES COPERNICUS SENTINEL MODIFIÉES (2020)

Avec InSAR, les scientifiques suivent l'écoulement des cours d'eau glaciaires, le glissement des failles lors des tremblements de terre et le mouvement du sol à mesure que les fluides sont pompés à l'intérieur ou à l'extérieur. « Partout où vous regardez sur Terre, vous voyez quelque chose de nouveau », déclare Paul Rosen, un pionnier de l'InSAR au Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA. "C'est un peu comme les enfants dans un magasin de bonbons." Aucune autre technologie ne pourrait produire une enquête aussi complète. Les stations GPS individuelles peuvent suivre des mouvements de surface de moins d'un millimètre, mais InSAR peut mesurer des changements presque aussi subtils sur une bande de centaines de kilomètres de large. Cela en a fait un outil essentiel pour les scientifiques de la Terre qui étudient les soulèvements et les soupirs de notre planète agitée. "Nous avons tendance à considérer le sol comme une plate-forme solide", dit Biggs, "et en fait, ce n'est vraiment pas le cas."

Beaucoup pensent qu'InSAR finira par sous-tendre notre vie quotidienne. Qu'il s'agisse de mesurer l'eau stockée dans les manteaux neigeux des montagnes ou de permettre des réponses rapides aux catastrophes naturelles, les données InSAR se révéleront inestimables pour les gouvernements et les industries, déclare Cathleen Jones, chef d'équipe scientifique pour NISAR, une prochaine mission SAR conjointe de la NASA et de l'Organisation indienne de recherche spatiale (ISRO). "Je veux que cela devienne si pertinent sur le plan social qu'ils ne puissent plus revenir sans ces données." À mesure que la technologie devient de plus en plus puissante et omniprésente, InSAR s'étend au-delà des géosciences. Avec les données InSAR, les chemins de fer surveillent l'état de leurs voies et les villes surveillent les changements dans les bâtiments causés par la construction. "Cela apparaît partout", explique Dáire Boyle, qui suit les tendances de l'industrie spatiale pour Evenflow, un cabinet de conseil bruxellois. Les analystes évaluent le marché SAR à environ 4 milliards de dollars et s'attendent à ce que ce chiffre double presque au cours des 5 prochaines années.


Cartographie et surveillance des glaces fluviales à l'aide de satellites SAR

Figure 1: Fleuve Mackenzie à Inuvik, Territoires du Nord-Ouest. Photo prise le 26 mai 2008 (rupture).

La glace de rivière constitue une composante majeure de la cryosphère qui module les processus naturels et peut soit faciliter soit compromettre les activités humaines. Par conséquent, l'importance de la glace fluviale dans les pays nordiques comme le Canada est considérable et à multiples facettes. Par exemple, la glace de rivière :

  • contrôle le régime d'écoulement hivernal des rivières et compromet le fonctionnement des stations hydrométriques.
  • fournit un accès routier saisonnier à des endroits qui ne disposent pas d'un réseau routier terrestre régulier (par exemple, les communautés, les terrains de chasse / pêche et les opérations minières).
  • régit les activités de prélèvement et de rejet d'eau des municipalités et des entreprises (p. ex. les industries de l'hydroélectricité et des sables bitumineux).
  • est dangereux pour la navigation et, en particulier pendant la débâcle printanière, peut créer des embâcles et des inondations qui mettent en danger les infrastructures (p. ex. écluses, ponts, pipelines) et les communautés, mais peuvent également nourrir les écosystèmes aquatiques.
  • affecte l'habitat de la faune et représente une force érosive qui peut remodeler les paysages fluviaux.
  • influence les régimes météorologiques et, par conséquent, les prévisions météorologiques et la modélisation du climat.
  • peut être utilisé comme indicateur du changement climatique

Il s'ensuit que les informations sur la couverture de glace fluviale soutiennent diverses activités scientifiques, d'ingénierie et de gestion, y compris la modélisation hydraulique/hydrologique, la prévision de la débâcle et la prise de décision liée, par exemple, à la prise/décharge d'eau, au tracé des routes de glace, à la gestion de la faune préparation aux situations d'urgence en cas d'inondation d'embâcle. Les variables d'intérêt typiques de la glace fluviale comprennent le moment de l'englacement/de la débâcle, la couverture de glace, le type de glace, l'épaisseur de la glace et l'état de la glace (p. ex., sèche et solide par rapport à l'humidité et à la détérioration).

Souvent, la collecte d'informations sur la couverture de glace fluviale sera compliquée par : des conditions météorologiques défavorables, l'étendue et la mauvaise accessibilité de la rivière d'intérêt et la nature dynamique de la couverture de glace pendant les saisons de gel et de débâcle. La capacité des satellites de télédétection à imager régulièrement la surface de la Terre de manière systématique, synoptique et répétitive fait des satellites des outils potentiellement exceptionnels pour collecter des informations à jour sur la couverture glaciaire des rivières. L'utilisation de satellites radar à synthèse d'ouverture (SAR) plutôt que de satellites optiques offre certains avantages qui s'expliquent par : la capacité du radar à pénétrer la neige carbonique et la neige (voir Figure 2), la sensibilité du radar à la présence d'eau libre, et la capacité des capteurs radar à produire des images indépendamment des conditions météorologiques et de la lumière du jour.

Les activités actuelles de recherche et développement (R&D) concernant l'application des satellites SAR à la cartographie et à la surveillance de la glace fluviale se concentrent sur le fleuve Mackenzie près d'Inuvik, dans les Territoires du Nord-Ouest. Le travail est effectué dans le cadre d'un projet de l'Année polaire internationale (API) en collaboration avec des partenaires d'Environnement Canada, de l'Université de l'Alberta et de l'Université Simon Fraser, entre autres. La R&D SAR appuie un objectif particulier du projet API, à savoir le développement d'un modèle hydraulique pour le delta du fleuve Mackenzie. Des exemples d'informations dérivées d'images radar qui alimentent l'élaboration du modèle hydraulique comprennent : la disposition du réseau de canaux, la répartition des types de glace, les emplacements des embâcles, la séquence de rupture de la couverture de glace et l'étendue/l'emplacement/la durée des inondations de rupture. Du point de vue de la télédétection radar, la recherche améliore notre compréhension du processus d'interaction glace fluviale / ondes radar, ce qui se traduit par des connaissances sur le potentiel du SAR par satellite pour cartographier / surveiller certaines caractéristiques de la couverture glaciaire fluviale. L'ensemble de données radar disponible comprend des images acquises par RADARSAT-1, RADARSAT-2, Envisat ASAR, ALOS PALSAR et TerraSAR-X.

Les résultats à ce jour ont montré que les satellites SAR sont de bons outils à l'appui de la cartographie et de la surveillance de la couverture glaciaire des rivières. Leur potentiel à l'appui de la cartographie des conditions de couverture de glace pendant la débâcle printanière est démontré dans ce produit d'information dérivé de RADARSAT-1 (figure 3). Le produit illustré, également disponible dans un format compatible SIG, représente une des 11 cartes générées pour la saison de dégel du printemps 2008. L'approche utilisée pour générer ces cartes est guidée par des connaissances d'experts concernant le processus de rupture et exploite les informations contenues à la fois dans la force et la variabilité spatiale du signal de retour radar. La capacité des satellites SAR de deuxième génération (e.g. RADARSAT-2, ALOS PALSAR, TerraSAR-X) à acquérir simultanément des images dans des polarisations multiples améliore considérablement leur potentiel pour cartographier la couverture glaciaire hivernale, en particulier. L'interprétation des images radar polarimétriques est compliquée par les défis associés à la collecte de données de référence au sol. R&D dans ce domaine particulier

Figure 2(a-b). Sous-ensembles d'images montrant le fleuve Mackenzie près d'Inuvik, dans les Territoires du Nord-Ouest, au Canada :
(une) Image composite Landsat TM en couleurs vraies acquise le 25 mars 2009
(b) Image composite multi-polarisation RADARSAT-2 acquise le 8 mars 2009. L'image RADARSAT-2 montre de nombreux détails de la couverture de glace qui ne sont pas visibles sur l'image Landsat TM ni, par extension, à l'œil humain.
REMARQUE: Données et produits RADARSAT-2 © MacDONALD, DETTWILER AND ASSOCIATES LTD. 2009 - Tous droits réservés RADARSAT est une marque officielle de l'Agence spatiale canadienne.

figure 3: Delta du fleuve Mackenzie, Territoires du Nord-Ouest. Conditions de couverture de glace 26 mai 2008 09:27 HAR (UTC-06).


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