Thèse présentée pour obtenir le grade de Docteur de l'Université Louis Pasteur

Ernest Hirsch

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
.. . . . . . . . . Thèse présentée pour obtenir le grade de Docteur de l'Université Louis Pasteur Strasbourg I Discipline: Télédétection par Geng-Ming JIANG Soutenue publiquement le 29 Octobre 2007 Membres du jury Directeur de Thèse : M. Zhao-Liang LI Rapporteur Interne : M. Ernest HIRSCH Rapporteur Externe : M. José A. SOBRINO Rapporteur Externe : M. Zhongbo SU N° d'ordre : 5486 Retrievals of land surface emissivity and land surface temperature from MSG1-SEVIRI data

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Sujets

• Louis Pasteur University
• Hirsch
• Strasbourg

Informations

• Publié par: profil-zyak-2012
• Publié le: 01 octobre 2007
• Nombre de lectures: 27
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 7 Mo

Extrait

N° d’ordre : 5486
Thèse présentée pour obtenir le grade de.
. Docteur de l’Université Louis Pasteur
. Strasbourg I
.
. Discipline: Télédétection
. .par Geng-Ming JIANG.


Retrievals of land surface emissivity
and land surface temperature from
MSG1-SEVIRI data
Soutenue publiquement le 29 Octobre 2007 .
Mem br es du jury .
Directeur de Thèse : M. Zhao-Liang LI
Rapporteur Interne : M. Ernest HIRSCH
Rapporteur Externe : M. José A. SOBRINO. Zhongbo SU












There is no royal road to science, and only those who do not dread the fatiguing
climb of its steep paths have a chance of gaining its luminous summits.



Karl Marx, German revolutionist Jiang (2007) Retrievals of LSE and LST from MSG1-SEVIRI data




Acknowledgments


I would like to give foremost thanks to my supervisor, Dr. Li Zhao-Liang, for his
instructions in my PhD research. As Chinese, I learned lots of things from him in the past
three years, which would help me succeed in my new career.
I appreciate Dr. Cheng Wang for his help in my application of the PhD candidate
position. I am thankful to the head of TRIO (Télédétection Radiométrie Imagerie Optique),
Dr. Françoise Nerry, for her helpful attitude in solving many of the administrative affaires
and to all my colleagues in TRIO, and they are Prof. Marc-Philippe Stoll, Raphaël Luhahé, Dr.
Jélila Labed, Prof. Marcel Raffy, Dr. Yoshitate Takakura, Dr. Jérôme Colin, Jawad ElSayed
Ahmad, Samia Aïnouz, Weimin Wang, Qingfeng Shen, Roman Roux, and etc. Thanks are
given to my friends known in Strasbourg. I spent lots of happy time with them, and I will
never forget them.
Special thanks are given to the reviewers, Prof. Ernest HIRSCH, Prof. José A. SOBRINO
and Prof. Zhongbo (Bob) SU, for their hard work and valuable advice to perfect my thesis.
My sincere thanks are given to my wife for her unselfish support and sacrefice. It is my
wife who always supports and encourages me to continue and it comes today. Sincere
thanks are also given to my parents and my siblings. They concern everything I did and
everything happened to me, and they are always proud of me. Their supports go with my
growth, and I do not let them be disappointed.
It is difficult for me to quote everyone here. I simply make a point of saying that I
appreciate everyone who helped me or gave me spirit supports.
This research was fully funded by the project EAGLE (Exploitation of AnGular effects in
Land surfacE observations from satellites) through contract No.: SST3 CT2003 502057 in the
Sixth Framework Program (FP6) of EU.



iJiang (2007) Retrievals of LSE and LST from MSG1-SEVIRI data
iiJiang (2007) Retrievals of LSE and LST from MSG1-SEVIRI data




Résumé


L’étude de la biosphère terrestre et de son évolution prend actuellement une place très importante
à l’échelle internationale. La découverte de phénomènes comme le réchauffement de l’atmosphère
terrestre par effet de serre en est d’un exemple marquant. Les conclusions du dernier IPCC
(Intergovermental Panel on Climate Change) confirment la nécessité d’une telle étude. Pour réaliser le
suivi et l’analyse de l’évolution de notre planète, un certain nombre de grands programmes nationaux
et internationaux ainsi que le Programme Mondial de Recherche sur le Climat (World Climate
Research Project: WCRP) ont été élaborés. Parmi les "variables diagnostiques" caractérisant
l'évolution de la planète et l'état de notre environnement, la température de surface tient une place
particulière. La température de surface (LST) est en effet un paramètre commun à plusieurs
thématiques et sa connaissance donne des informations sur les variations spatio-temporelles de l’état
d’équilibre de surface. De ce fait, elle est reconnue comme un des paramètres prioritaires et fait l'objet
d'attentions particulières dans l'étude de notre environnement. Un autre paramètre important est
l’émissivité de surface ( ε). Sa connaissance permet en effet, de contribuer à la discrimination des
différents types de surface et à la détermination par radiométrie passive de la température de surface.
Pour obtenir une analyse régionale et globale, la télédétection infrarouge thermique (IRT) est donc
un outil extrêmement intéressant. La télédétection IRT a essentiellement pour objectif la mesure de la
température et de l’émissivité de surface. En effet, dans l’IRT, le rayonnement émis par la surface
terrestre dépend non seulement de sa température, mais aussi de son émissivité. Cet avantage a son
revers car, indépendamment des problèmes atmosphéri ques présents dans tous les domaines spectraux,
l’interprétation quantitative des données radiométriques dans le domaine IRT est particulièrement
difficile. Il n’est en effet pas possible en radiométrie passive de séparer, sur des bases physiques, dans
la luminance observée, les contributions dues à l’émissivité des contributions dues à la température de
surface. Pour cette raison, la détermination de la température de surface à partir de l’espace nécessite
non seulement des corrections atmosphériques, mais également la connaissance de l’émissivité.
Ce travail porte sur l’élaboration et la mise au point de méthodes permettant de déterminer à la
fois la température et l’émissivité de surface à partir des données d’instrument SEVIRI (Spinning
Enhanced Visible and Infra-Red Imager) embarqué sur la deuxième génération des satellites Méteosat
(MSG). Il s’inscrit dans le projet EAGLE (Exploitation of AnGular effects in Land surfacE
observations from satellites) retenu et financé par la Commission Européenne dans le cadre du
programme FP6 pour une période de 3 ans et demi à partir du 1er février 2004. Cette étude a comme
objectifs scientifiques d’évaluer et de minimiser ou de corriger des effets angulaires et temporels
induits inévitablement sur des données satellitaires comme les instruments MODIS, AATSR, SEVIRI.
Cette thèse comprend 7 chapitres.
Le première chapitre est une introduction.
iiiJiang (2007) Retrievals of LSE and LST from MSG1-SEVIRI data
Dans le deuxième chapitre, nous rappelons les définitions de base de radiométrie IRT en mettant
l’accent sur la problématique méthodologique et instrumentale de la mesure des paramètres de surface.
Nous décrivons ensuite brièvement le code de transfert radiatif MODTRAN, développé par l’AFRL
pour calculer la transmission atmosphérique et la luminance émise par l’atmosphère à la résolution
spectrale de 2 cm-1 (20 cm-1 dans les UV), et les principaux caractéristiques de l’instrument SEVIRI
à bord du satellite MSG (la deuxième génération du satellite géostationnaire) développé par l'Agence
spatiale européenne (ESA) et EUMETSAT. A la fin de ce chapitre, nous donnerons la description des
données SEVIRI (niveau 1.5) fournies par l’EUMETSAT.
Le troisième chapitre de ce travail est consacré à l’inter-étalonnage des canaux infrarouge
thermiques (IRT) et infrarouge moyens (IRM) de SEVIRI avec les canaux MODIS considérés ici
comme bien étalonnés. Cette étape est essentielle pour assurer la qualité radiométrique des données
SEVIRI permettant de restituer la température et l’émissivité de surface avec une précision acceptable.
Deux méthodes, l’une basée sur le principe de correspondance de raies (ray-matching), et l’autre
sur le transfert radiatif, sont présentées et appliquées à l’inter-étalonnage des canaux 4, 9 et 10 de
SEVIRI/MSG. La méthode “ray-matching”, qui ne prend pas en compte les différences spectrales des
différents capteurs, est simple et directe. Elle utilise les pixels coïncidents spatialement et
temporellement sous les mêmes angles d’observations pour transférer l’étalonnage d'un capteur
considéré comme bien calibré à un autre. La méthode de transfert radiatif est une façon plus complexe
de transférer l’étalonnage, Elle est basée sur la théorie du transfert radiative et sur des mesures
coïncidentes.
Les données du niveau 1.5 d