Le Rayonnement, sa mesure et son rôle Modélisation du ... - Cesbio

LE TRANSFERT RADIATIF 128MODELISATION DES MESURES DE TELEDETECTIONIGENERALITESL’atmosphère affecte beaucoup les mesures de télédétection. Les quantités mesurées sontdes luminances en général qualifiées de TOA (Top of the Atmosphere) pour les distinguerdes luminances qui pourraient être mesurées au bas de l’atmosphère (BOA : Bottom of theAtmosphere), au-dessus des surfaces terrestres. L'impact de l'atmosphère sur lesluminances mesurées affecte donc les images recueillies, ce qui peut fausser l’informationextraite de ces images. Ceci est en particulier evrai pour ce qui les analyses qui s’appuientsur des quantités physiques (e.g., réflectance) caractéristiques des surfaces terrestres et nonsur des valeurs relatives de pixels au sein d’une image ou entre plusieurs images. Ceserreurs surviennent par exemple lors du calcul de paramètres de surface tels que le LAI(indice foliaire), le taux de couverture arboré ou le fAPAR (fraction de rayonnementphotosynthétiquement actif). Ces remarques soulignent l’intérêt de la correctionatmosphérique, c’est à dire l’opération qui transforme la mesure TOA en une mesure BOA.Ce chapitre présente une méthode de calcul de la luminance ascendante au sommet del'atmosphère. L’impact de l’atmosphère sur les mesures satellitaires dépend de la quantitéde matière atmosphérique présente et de ses propriétés optiques. Il dépend donc de ladensité et des sections efficaces d'absorption et de diffusion des gaz et aérosolsatmosphériques. Le calcul des propriétés optiques atmosphériques est très complexe enraison de la très grande variabilité spectrale de l'absorption gazeuse. Il est en généralsimplifié en supposant que les mécanismes d'absorption gazeuse sont découplés des autresmécanismes d'interaction (i.e., diffusion des gaz et des aérosols, et absorption desaérosols). Ces derniers peuvent être représentés par des fonctions continues de la longueurd'onde. Ainsi, la section efficace de diffusion des gaz (diffusion de Rayleigh) varie en ≈λ -4 ,et en ≈λ -β pour les aérosols, avec β compris entre 0 et 4 selon la dimension des aérosols.Les gaz à l'origine de la majeure partie de la diffusion atmosphérique sont les gaz les plusnombreux, c'est à dire l'azote et l'oxygène. Par contre, dans le domaine optique, les deuxgaz à l'origine des principales absorptions gazeuses sont le CO 2 et H 2 O. Ils interviennentsurtout au-delà de 0.94µm, c'est à dire dans un domaine spectral où la diffusion gazeuse estnégligeable, du moins par rapport à la diffusion des aérosols.Le découplage "Absorption gazeuse - autres mécanismes" est justifié par la faibleproportion du rayonnement qui est absorbé après avoir été diffusé, surtout dans les fenêtresatmosphériques (i.e., bandes spectrales utilisées pour l'observation spatiale des surfacesterrestres). Il en résulte que l'absorption gazeuse sur le trajet "Soleil - Terre - Capteur" estreprésentée par un terme A g (Ω s ,Ω v ) indépendant des autres mécanismes et qui par suite estune combinaison de l'absorption A g (Ω s ) et A g (Ω v ) qui survient le long des trajets (Ω s :"Soleil - Terre") et (Ω v : "Terre - Capteur"). Les transmittances associées sont T g (Ω s ) = 1-A g (Ω s ) et T g (Ω v )=1-A g (Ω v ). Par suite, la probabilité de non interception d’un photon quitraverse l’atmosphère selon une direction Ω (angle zénithal θ ; angle azimutal Φ) estT g (Ω).e -τ/cosθ , où τ est l'épaisseur optique (diffusion gazeuse + interception des aérosols).IIMODELES ATMOSPHERIQUESDeux modèles atmosphériques sont présentés : MODTRAN (MODerate resolutionTRANsmission) et 6S (Second Simulation of the Satellite Signal in the Solar Spectrum).