Use of short wavelength and thermal infrared remote sensing at high spatial resolution for the estimation of energy fluxes at the scale of the agricultural plot
Utilisation de la teledetection courtes longueurs d'onde et infrarouge thermique a haute resolution spatiale pour l'estimation des flux d'energie a l'echelle de la parcelle agricole
Résumé
The objective of this work is to map surface energy fluxes at the European agricultural field scale using remote sensing. In this way, we propose to use two original tools. The first one is the surface energy balance model SEBAL that computes variables not directly available from remote sensing (wind speed and air temperature) from the information contained in the spatial variability. The expression ‘‘spatial variability’’ means here the existence of contrasted hydrological situations, which assumes that the study site includes simultaneously partial areas dry and wet. The second one is a high spatial resolution Vis - NIR - TIR remote sensing data set, which allows to perform maps at the considered scale. The simultaneous use of these two original tools was tested on the European ReSeDA program experimental site.
Remotely sensed data were used to map the three input variables of the model, i.e. vegetation index NDVI, surface albedo and brightness temperature. The two first variables were computed from Vis - NIR multidirectional data using BRDF kernel-driven models. Mapping surface brightness temperature from TIR measurements required three steps. 1) An experimental part that allowed to define instrumental features for data processing. 2) A step focused on the atmospheric corrections of airborne, single channel, multidirectional and multitemporal data. 3) A image registration part for the obtaining of maps.
Field measurements have been used for the validation of the model on several aspects, and over cycles of several crops. However, we were not able to draw a general conclusion for the convective fluxes, since only few field measurements were available. On the other hand, we have verified that the hypothesis of SEBAL about the spatial variability was valid for each day of the experiment. Likewise, we have observed that the original points of the model provided realistic results.
La vocation de ce travail est de cartographier les flux énergétiques de surface à l’échelle de la parcelle agricole européenne en ayant recours à la télédétection. Dans cette optique, nous nous proposons d’utiliser deux outils originaux. Le premier est le modèle de bilan d’énergie SEBAL qui estime des variables non accessibles directement par télédétection (vitesse du vent et température de l’air) à partir de l’information contenue dans la variabilité spatiale. Le terme ‘‘variabilité spatiale’’ signifie ici l’existence de situations hydriques contrastées, ce qui suppose que le site d’étude inclus simultanément des zones sèches et humides. Le second est un jeu de données de télédétection Vis - PIR - IRT à haute résolution spatiale permettant d’effectuer des cartographies à l’échelle considérée. L’utilisation conjointe de ces deux outils originaux a été testée sur le site expérimental du programme européen ReSeDA.
L’exploitation des données de télédétection a permis de cartographier les trois variables d’entrée du modèle, i.e. l’indice de végétation NDVI, l’albédo et la température de brillance de surface. Les deux premières variables ont été estimées à partir des mesures multidirectionnelles Vis - PIR par le biais de modèles paramétriques de FDRB. L’obtention des cartographies de la température de brillance à partir des mesures IRT se décomposait en trois phases. 1) Une partie expérimentale permettant de définir diverses caractéristiques instrumentales nécessaires pour le traitement des données. 2) Une partie corrections atmosphériques de mesures aéroportées, monocanal, multidirectionnelles et multitemporelles. 3) Une partie géoréférencement des images pour l’obtention de cartographies.
Les mesures de terrain nous ont permis de valider le modèle sur plusieurs aspects et au cours des cycles de plusieurs cultures. Nous n’avons cependant pas étés en mesure de dresser une conclusion définitive pour les flux convectifs, les estimations in-situ constituant un jeu de données trop peu conséquent. En revanche, nous avons pu vérifier que l’hypothèse de SEBAL concernant la variabilité spatiale était valide pour l’ensemble de l’expérimentation. De même, nous avons constaté que les points originaux du modèle (estimation de la vitesse du vent et de la température de l’air) donnaient des estimations réalistes.
Domaines
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