Estimation de la température des composants du couvert végétal à partir des données multidirectionnelles dans les domaines visible et infrarouge thermique par l’inversion des modèles de transfert radiatif du couvert

Estimation of component temperatures of vegetative canopy with Vis/NIR and TIR multiple-angular data through inversion of vegetative canopy radiative transfer model

• Auteur / Autrice : Wei-Min Wang
• Direction : Zhao-Liang Li
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Télédétection et imagerie physique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diagnostic foliaire

Couverture végétale du sol

Thermométrie

Plantes

Géothermie

Mots clés libres

Séparation des températures composantes

Distribution d'angle foliaire

Résumé

Les mesures de la température de brillance des couverts végétaux s’appliquent à de très nombreux domaines comme la climatologie, l’hydrologie, l’agronomie, écologie. Son intérêt principal est de permettre d’accéder à l’estimation du bilan énergétique de la surface. Les mauvaises performances des modèles actuels en terme de restitution de la température de surface sont attribuées, en grande partie, à l'hétérogénéité des surfaces continentales. Les modèles actuels sont inaptes à rendre compte correctement des flux dans ces conditions (même éventuellement avec une correction de type kB-1). Les espoirs portent sur les modèles à deux sources qui traitent de façon différente les flux surface/atmosphère pour les sols et pour la végétation. Ce travail a permis de montrer que les paramètres structurels de la végétation comprenant l'indice de superficie foliaire, la distribution d'angle foliaire et l’indice de groupement exercent de grands effets sur la simulation du transfert radiatif dans le couvert végétal, et également sur la séparation des températures composantes du couvert végétal à partir des données multidirectionnelles dans les domaines visible et infrarouge thermique. Ce travail a aussi montré qu’il était possible d’amélioration la séparation des températures composantes du couvert végétal en utilisant la distribution d'angle foliaire et l’indice de groupement obtenus de données satellitaires. Un modèle analytique en tenant compte de la structure de la végétation a été développé et l'architecture optimale du réseau neuronal a été étudiée et proposée pour extraire les températures composantes du couvert végétal à partir des données multidirectionnelles dans les domaines visible et infrarouge thermique.

The separation of component temperature is the basic step for the application of two-source algorithm. Multi-angular thermal infrared measurements provide a chance for the estimation of component temperatures (namely, soil and vegetation temperatures) with remotely-sensed data. The objective of this study is to explore the factors that affect the estimation of component temperatures and propose new algorithm for inverting the canopy radiative transfer models to compute component temperatures. The objectives of this dissertation include: (1) finding an appropriate candidate leaf angle distribution functions for modeling and inversion, (2) evaluating the scaling behavior of Beer's law and its effect on the estimation of component temperatures, (3) proposing an analytical model for directional brightness temperature at top of canopy, (4) retrieving component temperatures with neural network and simplex algorithms. The effects of leaf angle distribution function on extinction coefficient, which is a key parameter for simulating the radiative transfer through vegetative canopy, is explored to improve the radiative transfer modeling. These contributions will enhance our understanding of the basic problems existing in thermal IR remote sensing and improve the simulation of land surface energy balance. Further work can be conducted to continue the enhancement and application of proposed algorithm to remote sensing images.