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Escorihuela

Description

Niveau: Secondaire, Lycée, Première
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• parametres additionnels


• modele


• relation exponentielle entre la rugosite


• donnees smos


• polarisation horizontale


• angle d'incidence


• rugosite


• equation


• differents angles

Sujets

• Première
• Modèle
• Incidence
• État de surface
• Équation

Informations

• Publié par: profil-mazor-2012
• Nombre de lectures: 18
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 6 Mo

Extrait

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Chapitre 5

Mode ´ lisationdel' ´ emissiondusolnu

Lesr´esultatsdecechapitresontissusdel'article [Escorihuela et al. 2007c] Escorihuela, M.J., Y.Kerr, P.de Rosnay, J.-P. Wigneron, J.-C. Calvet,andF.Lemaˆtre,2007c:ASimpleModeloftheBareSiloMicrowaveEmission at L-Band .in press IEEE Trans. Geosc. Remote Sensing.

5.1 Introduction Danslesmodelesdetransfertradiatifd'unescenenaturllee,unedescontributionsmajeures estl'´emissiondusol.Lamode´lisationdesurfacescomplexes(solcouvertdeve´g´etation,ros´ee,in- terceptiondepre´cipitation,gelouneige)n´ecessitedoncunmodeled'´emissiondusolrobusteetpr´ecis.

LeChapitre2apre´sent´elesdiffe´rentesapprochespourmod´eliserunesurfacerugueuse: les approches physiques et les approches semi-empiriques. L'approche semi-empirique e´tant laplusadapt´eeanotrebutdemettreaupointunmodeleaplipcableauxdonn´eesSMOS. Les modeles semi-empiriques existants considerent des ffetsenalivqu´e´etisoguraledst [Wang and Choudhury 1981, Wegm ¨ll d Ma¨tzler 1999, Wigneron et al. 2001], bien que des u er an ´etudesaientmisen´evidencequeceseffetssontdiff´erentsauxdiffe´rentspolarisationsetangles d'incidence [Mo et al. 1987, Shi et al. 2002],

Parailleurs,lesjeuxdedonne´esexistantspour´etudierl'´emissiondusolsontbas´essurunnombre limit´ed'anglesd'incidenceetnecouvrentpasl'ensembleduspectreangulairetotaledeSMOS [Wigneron et al. 2001, Schneeberger et al. 2004]. Dans ce contexte, ce chapitre veut aborder les points suivants : 1.e´tudierl'inuencedelarugosit´edesurfaceenfonctiondel'angled'incidenceetdelapolarisa- tion 2.mode´liserempiriquementl'´emissiondusolrugueuxenutilisantlemoinsdeparametrespos- sibles 3.e´valuerquantitativementlapr´ecisiondecemodelepourl'inversiondel'humidite´desurfacea partirdemesuresradiom´etriquesenbandeL. 73

´ ´ 74 CHAPITRE 5. MODELISATION DE L'EMISSION DU SOL NU

De´etudesmontrentqu'enbande-Llem´elangedepolarisationspeutˆetren´eglig´e s [Wigneronetal.2001,Njokuetal.2003].Ainsi,nousnousbaseronssurunemod´elisationcoh´erente etprenantencompteunepossiblede´pendanceangulaireetdepolarisationdelarugosit´e.Ainsi,dans cettee´tude,nousexprimeronslar´eectivit´edusol:

Γ p (θ) = Γ op (θ)e −h p (θ) (5.1) en cette formulation le terme de rugosite´h p (θ)peut de´pendre de la polarisationpet aussi de l'angle d'incidenceθmeL.edoledeDobsonestutiil´speuocrlaucelmieraprl´eitivttlosud [Dobson et al. 1985]. Notre approche pour e´tudier l'inuence de la rugosite´ consiste a trouver les relations entre les reectivite´shorizontalesetverticalesauxdiff´erentsanglessansutiliserlesdonn´eesterrain.En ´ effet,les´etudespre´c´edentessebasentsurlecalculdel'´emissiondelasurfaceplaneousp´eculaire e´quivalente(cellequialesmˆemesconditionsdetexture,humidite´,temp´erature...).Ensuite,les diffe´rentsparametresdumodelesontcal´espourajusrtel'´emissiondelasurfacerugueuse.Ainsila eaut´denotreapprocheestdepermettredequantierlesrelationsentrelesdiff´erentespolarisa-nouv e tions et/ou angles d'incidence inde´pendamment des ine´vi tables incertitudes lie´es aux proce´dures de calibration.

5.2 Re´sultats 5.2.1Inuencedelarugosit ´ eauxdiffe ´ rentespolarisations Nous avons trouve´ queΓ v (θ)lee´ro´rnectvimecatigniaits´etcveeaΓ h (θ), ainsi queΓ ov (θ)avec Γ oh (θ)e:seltlaseavtnsaiuouv´eeentrelesr´.aLeralitnortalicetesrihontzoceeivitse´ttrev Γ h (θ) = [Γ v (θ)] cos 2 θ (5.2) Enappliquantl'´equation(5.2)al'e´quation(5.1),nousde´rivonsque: h h (θ) =h v (θ)cos 2 θ(5.3) Cette e´quation montre que la relation entre les effets de la rugosite´ en polarisation horizontale etverticalesontlie´sdirectemental'angled'incidence.Ellenouspermetdeconside´rerlesdiff´erents effetsdespolarisationssansutiliserdesparametresadditionnels.Deplus,e´tantdonne´quelem´elange depolarisationn'apase´t´econsid´ere´,nosre´sultatsmontrentqu'uneformulationcohe´renteestcapable dede´crirel'´emissionenbande-L.

5.2.2D ´ ependanceangulairedelarugosite ´ Nousavonstrouv´elarelationsuivanteenpolarisationhorizontalepourlesre´ectivite´ssp´eculaires et mesure´es par LEWIS :

´ 5.2. RESULTATS

75

(5.4) (5.5)

[Γ h (θ 1 )] cosθ 2 = [Γ h (θ 2 )] cosθ 1 Enutilisantl'´equation(5.4)etl'´equation(5.1)ontrouve: h h (θ 2 ) h h (θ 1  = ) = h cosθ 1 cosθ 2 etencons´equence, h h (θ) =hcosθ(5.6) ouhest inde´pendant de l'angle d'incidence. En utilisant cett e e´quation dans l'e´quation (5.3) : h v (θ) =hcosθ(5.7) Cettemode´lisations'estav´er´eetrespre´cisedanslecasdelapolarisationhorizontaleavec des erreurs quadratiques moyennes (rmse) ne´gligeables. Dans le cas de la polarisation verticale, l'e´quation (5.7) n'est pas capable de de´crire les variati ons angulaires pour des angles d'incidence supe´rieurs a 5 o spcacenslicutiaraD.0ment´eridealesseavrel,espxelruΓ v saturent pour des sols secs, c'est-a-direpourlesvaleursbassesder´eectivit´e.Cteeffetpourraitˆetredˆual'´emissionincohe´rente quin'apas´et´epriseencompte.Cette´evidenceexpe´rimentaleestenaccordaveclesr´esultatsdeShi et.alneetnerednletaoiemtnaegucoh´oniniatiaradenucrppa´vuoevaeiqorunueheoc´ethquionttr polarisationverticalepourdesanglesd'incidence´elev´es[Shietal.2002]. L'´equationinitiale(5.1)peutainsiˆetresimpli´eea'alidede´equations(5.5)et(5.7): s Γ h (θ) = Γ oh (θ)e −hcosθ (5.8) Γ v (θ) = Γ ov (θ)e −hcosθ (5.9) Dansles´equations(5.8)et(5.9)unseulparametre(helarfetdl'efntere´eserrpoprufut)sosug´eit dans les re´ectivite´s pour tous les angles et pour les deuxpolarisations.

5.2.3 Le  parametre de rugosite´ h Notrepremiereapprochea´ete´d'utiliserlavaleurduparametrederugosite´propose´en [Choudhury et al. 1979] (h o = (2kσ) 2 les´equa)danste)89.5(noit.5(serulsrleou)pimrsctiv´eesit´e mesure´es par LEWIS. Pour ceci on a besoin de la mesure deσttesimulationa´e´tdenorce´lasie´eeC. pourlap´eriodeoulesmesuresderugosite´e´taientdisponibles(voirTable3.1,entreDOE35(4F´evrier 2004) et DOE 93 (2 Avril 2004)). Le ´e tivite´s simule´es ont une dynamique plus petite que les s re c mesures. Ainsi, nous avons estime´ le parametrehetneselresbotavraoneumiepxresr´af¸cedions. Pour cette pe´riode, les valeurs mesure´es deσosugeita.Lmidetunidnoiraleiquentunel´egeridn ´ valeur estime´e deh:euqertep´ecettemonriodopru 1.hne montre aucune tendance a la diminution 2.hODel,53EpA.nseritipioatapclecr´e´´laeevetsocrrteenuamgtie´gusoderers´einveleurlava jusqu'a qu'il se produise un e´venement pluvieux. ´

´ ´ 76 CHAPITRE 5. MODELISATION DE L'EMISSION DU SOL NU

Nsr´ltatssuggerentquel'humidit´edusolaunegrandeinuencesurleparametrederugosit´e o esu hsourteauestrauD'raleuqe´langistnraitpourit´eugosh'muevlcegarhcnal;sognWiitiddu´enore. et al.tnouortgrebreeltaStcihonneeexuvm´ieduinte´reel´lteeeelttnhe'roapleunrtongeiiset al. ontde´veloppe´unmodeleavecunezonedetransitiondont'le´paisseurde´penddel'humidite´du sol [Wigneron et al. 2001, Schneeberger et al. 2004]. Wigneronet al.pxeuqilcneetteentcendad´ep commeunincre´mentdela'rugosite´die´lectrique'quandlesols'assecheacausedeshe´te´roge´neite´s ´ spatiales [Wigneron et al. 2001].

Nousavonstrouv´eunerelationline´aireentreleparamertehdlesoll'etmihut´diruseicaf.euqnauQ esttreshumide,au-deladelacapacit´eauchamp,lavaleruinvers´eedehneendpd´epleh'uldstie´m,udi elleresteconstante.Pourdesvaleursd'humidite´inf´erieures,larugosit´eaugmentelin´eairementavec l'humidite´.

5.3 Conclusion L'objectifdecechapitre´etaitdemettreaupointunmodeledetransfertradiatifpourunsol nu rugueux. Ce modele devrait ˆetre directement applicabel pour l'inversion de l'humidite´ du sol a partir des donne´es SMOS. Un des atouts de l'instrument SMOS, qui permettera l'estimation deplusieursparametres,estladiversit´ed'anglesd'incidence.Lesmodelessemi-empiriquesde solneprennentpasencomptelesdiff´erentseffetsdelarugosite´selonlapolarisationetl'angle d'incidence,bienquediff´erentesapprochesphysiquesontmontr´equeceseffetssontdiff´erents [Mo et al. 1987, Shi et al. 2002].

Nosr´esultatsmontrentqueleseffetsdelarugosit´esontdiff´erentsenpolarisationverticale ethorizontale.Cependant,cettediff´erenceapuˆetremod´elis´eeavecunseulparametreenune formulation cohe´rente. En polarisation horizontale, nous n'avons pas trouve´ d'effets de radiation incohe´rente.Enpolarisationverticale,laradiationincoh´erenteapparaˆtauxanglesd'incidencee´leve´s (a60 o te50a o pontmeleeuserencohpournteadta'feeftnreguemolssdeurseesrstaraL.)scinoitaid ´ la´eectivite´effective. r

En polarisation verticale, les effets de la rugosite´ augmentent avec l'angle d'incidence. En polarisationhorizontaleilsdiminuent.Nousavonsmod´elise´cecomportementantagonisteavecun seul parametre : le parametre de rugosithdtseertenadnepe´.´emrapaCeos.ltdel'humidit´edu

Pourl'e´valuationdecemodelesimple,nousavonscalcule´lesre´ectivit´essurunepe´riodede deuxans.Pourl'e´valuationdel'erreur,lejeudedonn´eesa´ete´divise´enjourspluvieuxetjoursnon pluvieux,acausedesincertitudesdemesured'humidite´lesjourspluvieux.L'erreurquadratique moyenne,quandonneconsiderepaslesjourspluvieux,ested0.0275enpolarisationverticaleetde 0.0237 en polarisation horizontale tout-angles d'inciden ce confondus. Quand on considere toutes les donn´ees,larmseenpolarisationverticaleestde0.0350etde0.0373enpolarisationhorizontale.Le modeleae´t´eutilise´pourl'inversiondel'humidite´dusolapartirdesdonne´esradiome´triques.Deux anneesd'humidite´dusolontet´einvers´eesavecunetresbonnepr´ecision. ´ ´

5.4.

5.4

ARTICLE

Article

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78

CH

APITR

E

5.

´ MODEL

ISATION

DE

L'

´ EMISSION

DU

SOL

NU