Modélisation de l'effet de la rugosité de surface et de la litière des couverts naturels sur les observations micro-ondes passives : application au suivi global de l'humidité du sol par la mission SMOS

Modelling the effects of surface roughness and a forest litter layer on passive microwave observations : application to soil moisture retrieval by the SMOS mission

• Auteur / Autrice : Heather Lawrence
• Direction : Jean-Pierre Wigneron, François Demontoux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 15/12/2010
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Francis Grousset, Yann Kerr, Philippe Paillou, Jean-Pierre Lagouarde
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jacqueline Boutin, Thuy Le Toan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mesures microondes

Humidité du sol -- Mesure

Radiométrie

Simulation par ordinateur

Effets des sols

Litière forestière

Mots clés libres

Radiométrie micro ondes des forêts

Émissivité des structur

Modélisation numérique par éléments finis

Rugosité du sol

Litière des forêts

Hfss

Iem

Smosrex

Coefficient de rétro diffusion

Coefficient bi-statique

Mission SMOS

Microwave forest radiometry

Soil-litter emissivity

FEM numerical modelling

Soil roughness

Forest litter

Hfss

Iem

SMOSREx

Backscattering coefficient

Bistatic scattering coefficient

SMOS mission

Résumé

Dans le cadre de la mission spatiale SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity), nous présentons dans cette thèse une nouvelle approche numérique de modélisation du calcul de l’émissivité et du coefficient bi-statique de systèmes forestiers sol-litière en Bande L. Le système sol-litière est représenté par deux couches diélectriques 3D comportant des interfaces rugueuses, une démarche qui n’apparait pas actuellement dans la littérature. Nous validons notre approche pour une seule couche en comparant les simulations de l'émissivité avec celles produites par la méthode des moments et des données expérimentales. A partir de ce nouveau modèle, nous évaluons la sensibilité de l’émissivité du système sol-litière en fonction de l’humidité et de la rugosité de la litière. Ce nouveau modèle permettra de créer une base de données synthétiques d’émissivités calculées en fonction de nombreux paramètres qui contribuera à améliorer la prise en compte de la litière dans l'algorithme d’inversion des données de la mission spatiale SMOS.

In the context of the SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) mission, we present a new numerical modelling approach for calculating the emissivity and bistatic scattering coefficient of the soil-litter system found in forests, at L-band. The soil-litter system is modelled as two 3-dimensional dielectric layers, each with a randomly rough surface, which to our knowledge has not previously been achieved. We investigate the validity of the approach for a single layer by comparing emissivity simulations with results of Method of Moments simulations, and experimental data. We then use the approach to evaluate the sensitivity of the soil-litter system as a function of moisture content and the roughness of the litter layer. The numerical modelling approach which has been developed will allow us in the future to create a synthetic database of the emissivity of the soil-litter system as a function of numerous parameters, which will contribute to validating and improving the inversion algorithm used by the SMOS mission to retrieve soil moisture over forests.