mémoire - Centre National de Recherches Météorologiques

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Concernant la neige, on dispose de séries relativement longues d’extension de la couverture
neigeuse dans l’hémisphère Nord. Outre les observations effectuées par la NOAA depuis la fin des
années 60 dans le domaine du visible (Scialdone et Robock 1987), les micro-ondes passives -
instruments SMMR 14 entre 1978 et 1987 puis SSMI 15 depuis 1987 - sont également utilisées car elles
permettent de s’affranchir des nuages (Robinson et al. 1984). Les algorithmes d’inversion restent
toutefois inefficaces en présence de relief (Mialon et al. 2005). Lorsqu’on s’intéresse aux hauteurs de
neige, la situation est plus délicate. Le réseau de mesures in situ, s’il suffit à dresser une climatologie
approximative à l’échelle globale (ex : climatologie de l’US Air Force), ne permet pas réellement un suivi
de la variabilité inter-annuelle du manteau neigeux. Là encore, les micro-ondes passives sont parfois
utilisées, mais la précision des contenus en eau obtenus est fortement pénalisée par la présence de
relief, de végétation haute, ou d’eau liquide dans la neige. Cependant, elles peuvent être utilisées en
synergie avec d’autres observations spatiales (Cordisco et al. 2006) ou avec des sorties de modèles
(Boone et al. 2006) afin d’améliorer les algorithmes existants.
La télédétection du contenu en eau du sol est tout aussi difficile. Les températures de brillance
mesurées dans l’infra-rouge restent d’une utilité limitée en raison de leur forte sensibilité à la vapeur
d’eau atmosphérique. Leur cycle diurne peut-être fortement influencé par l’HS, mais cet effet s’exprime
essentiellement dans les régions semi-arides à forte insolation et son évaluation requiert une forte
répétitivité de la mesure (Anderson et al. 2007). Les micro-ondes passives présentent également des
signatures évidentes de l’humidité superficielle, mais la fréquence électro-magnétique des mesures
existantes n’est guère adaptée en raison d’une forte contribution du couvert végétal (Prigent et al.
2005). Les micro-ondes actives 16 sont également utilisées (Wagner et al. 1999) et ont déjà permis de
produire une climatologie globale (http://www.ipf.tuwien.ac.at). Les données fournies correspondent à
une couche de sol très superficielle (< 2cm), mais elles peuvent être assimilées dans un modèle
hydrologique permettant alors de restituer des contenus en eau intégrés sur une colonne de sol. Le
futur instrument micro-ondes SMOS 17 fournira des mesures à plus basse fréquence (1.4 GHz)
permettant une pénétration plus importante dans le sol. Néanmoins, ces mesures devront également
être combinées à une modélisation pour permettre d’accéder au profil vertical d’HS. De plus, il s’agit là
d’une mission de recherche qui n’a pour le moment pas d’équivalent sur les satellites opérationnels.
Depuis quelques années, les eaux superficielles font également l’objet de climatologies
dérivées de la télédétection. La combinaison de mesures, d’une part dans le visible et le proche infrarouge,
d’autre part dans le domaine des micro-ondes actives et passives, a notamment permis une
cartographie globale des zones inondées (Prigent et al. 2001). L’altimétrie, initialement prévue pour
mesurer les hauteurs dynamiques de l’océan, trouve également une application continentale avec
l’évaluation des hauteurs d’eau dans les grands fleuves (Cazenave et al. 2004). Elle permet de produire
des séries décadaires de débits lorsqu’on dispose de mesures in situ pour caler une relation entre
hauteur et débit. La technique ne peut être appliquée que sur les lacs ou les cours d’eau les plus larges,
dont l’intersection avec la trace du satellite permet un échantillonnage suffisant des hauteurs. Enfin,
soulignons l’intérêt de la mission GRACE 18 lancée en 2002 et qui permet de mesurer les variations
totales de masse à la surface du globe (Schmidt et al. 2006). La résolution horizontale - typiquement de
750km – est limitée, mais la mesure est relativement précise, puisque l’erreur estimée est en moyenne
de 20 kg/m² (Wahr et al. 2006). Les données GRACE peuvent notamment être utilisées pour estimer la
convergence d’humidité à grande échelle (Swenson et Wahr 2006), pour calculer les variations de stock
d’eau dans le sol (Yeh et al. 2006), ou pour évaluer les bilans de masse (Niu et Yang 2006). Les
contenus intégrés en eau peuvent être subdivisés en hauteurs de neige et en HS si l’algorithme
d’inversion des géoïdes inclut des statistiques sur ces différents réservoirs (Ramillien et al. 2004).
Certains résultats des simulations hydrologiques globales réalisées en mode forcé avec ISBA ont été
fournis à l’équipe d’A. Cazenave (LEGOS) pour mettre en œuvre cette méthode originale.
14
Scanning Multichannel Microwave Radiometer
15
Special Sensor Microwave Imager
16
Synthetic Aperture Radar embarqué sur le satellite européen ERS lancé en 1991
17 Soil Moisture and Ocean Salinity (mission programmée par l’ESA)
18 Gravity Recovery And Climate Experiment