Assimilation de données de télédétection dans le modèle ISBA-A-gs pour une analyse conjointe de la biomasse et de l'état hydrique du sol

• Auteur / Autrice : Clément Albergel
• Direction : Jean-Christophe Calvet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la planète Terre, surfaces continentales
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Estimation de paramètres

Télédétection

Humidité du sol

Modèles mathématiques

Biomasse végétale

Mots clés libres

Télédétection

Ascat

Humidité des sols

Isba-a-gs

Modélisation

Flux de CO2

Assimilation de données

Végétation

Résumé

L'utilisation de la télédétection spatiale a révolutionné notre compréhension du système Terre ces trente dernières années en particulier dans les domaines de la météorologie et de l'océanographie. L'utilisation de la télédétection en hydrologie est plus récente. Depuis le milieu des années 2000, plusieurs instruments micro-ondes (radiomètres et radars), offrent la possibilité de cartographier l'humidité des sols à l'échelle globale avec un temps de revisite de un à quelques jours. Des produits d'humidité du sol sont désormais élaborés dans un contexte opérationnel par EUMETSAT (à partir du diffusiomètre vent en bande C ASCAT), et le satellite SMOS (radiomètre en bande L) de l'ESA, conçu pour l'observation de l'humidité des sols, a été lancé en novembre 2009. Afin d'assurer l'utilisation de ces produits, il est important de développer des outils permettant d'améliorer les simulations des modèles des surfaces continentales à partir de données de télédétection. L'objectif de cette thèse est d'étudier dans quelle mesure l'utilisation de la télédétection peut améliorer les simulations du modèle ISBA-A-gs. Pour cela, la première étape a été d'évaluer la capacité du modèle à représenter les principales variables de surface, à savoir les flux d'eau, d'énergie et de carbone. L'utilisation des données du site expérimental de SMOSREX a permis d'améliorer la représentation de l'impact de l'humidité du sol sur les flux de carbone, plus particulièrement sur la respiration de l'écosystème. La seconde étape de cette thèse a été d'évaluer les produits d'humidité du sol dérivés de la télédétection satellitaire, à partir de données in situ. Les données d'humidité du sol à plusieurs profondeurs (5, 10, 20, 30cm) provenant du réseau de mesure SMOSMANIA ont permis d'effectuer la première évaluation du produit ASCAT. Les 12 stations SMOSMANIA localisées dans le sud-ouest de la France ont été utilisées. Cette étude a montré que la précision de ce produit est d'environ 0. 06m3m-3. Ces mesures in situ ont également permis d'évaluer la qualité de plusieurs produits d'humidité du sol issus de modèles : le modèle hydro-météorologique SIM et les analyses météorologiques opérationnelles de Météo France (modèle ALADIN) et du Centre Européen (système IFS). La confrontation d'une version de l'IFS qui assimile le produit ASCAT avec les données in situ montre un effet positif de l'assimilation des données ASCAT. . .

The main goal of this thesis is to study how the use of remotely sensed data can improve the performances of the ISBA-A-gs Land Surface Model. Firstly the ability of ISBA-A-gs for modelling the main surface variables, water energy and carbon fluxes, has been evaluated. Then, in situ observations of surface soil moisture gathered from the SMOSMANIA soil moisture network of Météo-France were used to evaluate remotely sensed surface soil moisture. These in situ soil moisture measurements have been also used to evaluate various synthetics soil moisture products: from the SIM suite of models and operational analysis of Météo-France (ALADIN model) as well as from ECMWF (IFS system). Finally step the root zone soil moisture has been analyzed from observed surface soil moisture. A simplified extended Kalman filter has been coupled to ISBA-A-gs. In situ data is also used in order to demonstrate the positive impact of the joint assimilation of surface soil moisture and LAI observations on vegetation, water, energy and carbon fluxes. The recursive formulation of an exponential filter depending only on surface soil moisture to retrieve the variations of the root zone soil moisture was used with satisfactory results, also.