Présentation

Le CES Épaisseur Optique de la végétation (VOD) réunit des membres des équipes IPSA et Tetis travaillant à partir d’observations hyperfréquences multi-capteurs (SMOS, SMAP, AMSR2, ASCAT, Sentinel-1) au développement de produits de suivi de la végétation.

De nombreux indices permettent de suivre la végétation (type, couverture (%), cycle de végétation, indice foliaire ou biomasse) par la télédétection. La plupart sont calculés à partir de combinaisons d’observations optiques sur plusieurs canaux de fréquence (NDVI, EVI, etc.). Depuis les années 90, différents travaux ont montré la pertinence des indices de végétation micro-onde (VOD, Vegetation Optical Depth).

L’indice VOD mesure les effets d’atténuation des radiations micro-ondes par le couvert végétal : plus le couvert végétal est développé et plus il est « rempli » d’eau, plus le VOD augmente. Lié au contenu en eau de la végétation (VWC, g/m2), le VOD permet un suivi en termes de développement saisonnier ou annuel, d’état hydrique et de biomasse (à l’échelle annuelle, la moyenne du VOD est un proxy de la biomasse aérienne). Ce suivi est de plus indépendant des conditions météorologiques, sans nécessité de corrections atmosphériques, ni de corrections complexes de transfert radiatif (effets d’ombrage, saturation etc.).

Développer un produit global sur différents capteurs

L’utilisation de l’indice VOD se développe grâce aux séries d’observations des satellites micro-ondes passifs à basse résolution (AMSR-E depuis 2002, SMOS depuis 2010, SMAP depuis 2015) et actifs (avec en particulier en bande C: ASCAT et, très récemment, Sentinel-1 qui dispose d’une haute résolution spatiale (~10m)).

Les produits en cours de développement au sein du CES visent une couverture globale avec une résolution variable selon les capteurs : 1 – 25 km pour SMOS, jusqu’à l’échelle parcellaire pour Sentinel-1.

VOD pour SMOS

L’INRA-ISPA a coordonné le développement d’un produit SMOS-IC, qui permet le calcul d’un nouvel indice SMOS-VOD très précis et indépendant de l’utilisation de données auxiliaires (humidité issue de modèle et indice de végétation optique). Le CES VOD travaille à trois développements de ce produit :

  • (i) l’amélioration du produit SMOS-IC VOD par des approches multi-orbites et des méthodes de filtrage a priori et a posteriori de l’impact des interférences (RFI).
  • (ii) la fusion des produits VOD issus de SMOS, SMAP et AMSR-E/AMSR2. L’objectif est d’étendre la profondeur temporelle du VOD (SMOS et SMAP), en bénéficiant de la série temporelle de AMSR-E/AMSR2 depuis 2002, et d’assurer une continuité si un des capteurs tombe en panne.
  • (iii) la désagrégation pour développer des produits à une résolution de l’ordre de 1 à 5 km, en s’appuyant sur des méthodes physiques (Merlin et al.) ou de Machine Learning, et en combinant des données multi-capteurs (SMOS, SMAP, Sentinel -1 et -2, etc.).

L’indice SMOC-IC permet de mesurer la biomasse aérienne avec une précision importante.

Pertes de carbone et déforestation dans les tropiques (2010-2017) :
cartes (a) des pertes brutes de carbone de la biomasse aérienne mesurées avec l’indice SMOS L-VOD (Mg C ha-1 an-1) et (b) des pertes de surfaces forestières liées à la déforestation (%) mesurées par Hansen et al. (Science, 2013).

VOD pour Sentinel-1

Le produit VOD issu de Sentinel-1 est en cours de développement à TETIS. Ce produit présente un très fort intérêt car les mesures S1 sont, comme pour SMOS, globales, avec une bonne répétitivité temporelle (plusieurs images par mois), mais avec une résolution de l’ordre de 10 m. Une première approche d’inversion a été développée pour calculer un produit VOD à l’échelle de sites régionaux (50 km x 50 km).

Il s’agira de viser à une production opérationnelle globale. Cet objectif ambitieux pose à la fois des questions en termes méthodologiques (calibration, validation, etc.) mais aussi en termes d’infrastructure de production (les données globales S1 représentent plusieurs dizaines de To).

Calendrier

  • 2019/2020 : produits VOD SMOS-IC, SMAP multi-orbites globaux
  • 2019/2020 : produits de démonstration S1 VOD sur des emprises limitées (~ 50 x 50 km)
  • 2020/2021 : développement d’une chaine de production opérationnelle de produits SMOS, AMSRE, SMAP fusionnés 2020/2021 : production S1 VOD à l’échelle nationale

Contact

Jean-Pierre Wigneron
INRAE
@J-P.Wigneron
Contributions FR | EN

Nicolas Baghdadi
INRAE | Tetis
ResearchGate
Contributions

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