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Caractérisation du manteau neigeux arctique, suivi climatique et télédétection micro-onde / Céline Vargel (2020)
Titre : Caractérisation du manteau neigeux arctique, suivi climatique et télédétection micro-onde Type de document : Thèse/HDR Auteurs : Céline Vargel, Auteur ; Ghislain Picard, Directeur de thèse ; Alain Royer, Directeur de thèse Editeur : Grenoble [France] : Université Grenoble Alpes Année de publication : 2020 Autre Editeur : Sherbrooke [Canada] : Université de Sherbrooke Importance : 156 p. Format : 21 x 30 cm Note générale : Bibliographie
Thèse pour obtenir les grades de :
docteur de l'Université de Sherbrooke, Spécialité : Physique de la Télédétection
docteur de l'Université Grenoble Alpes, Spécialité : Sciences de la Terre et Univers, EnvironnementLangues : Français (fre) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Applications de télédétection
[Termes IGN] Arctique
[Termes IGN] caractérisation
[Termes IGN] changement climatique
[Termes IGN] couvert végétal
[Termes IGN] manteau neigeux
[Termes IGN] modèle de simulation
[Termes IGN] modèle de transfert radiatif
[Termes IGN] télédétection en hyperfréquence
[Termes IGN] température au sol
[Termes IGN] température de luminance
[Termes IGN] transfert radiatifIndex. décimale : THESE Thèses et HDR Résumé : (Auteur) Les régions de hautes latitudes nord se réchauffent de façon plus intense que sur le reste du globe. Ce phénomène, appelé amplification arctique, est dû en partie à la diminution de l'étendue de glace de mer et de la couverture de neige. Par ses changements de pouvoirs réfléchissant et isolant, la neige, présente 9 mois de l'année, pourrait avoir un effet important sur l'augmentation des températures du sol. Le dégel du pergélisol à travers le carbone ainsi libéré serait susceptible d'avoir un impact important sur le climat futur de l'Arctique. Ce projet de recherche a pour objectif d'améliorer le suivi du couvert nival arctique et des températures du sol. À l'heure actuelle, les modèles détaillés d'évolution du manteau neigeux tels que le modèle Crocus ne parviennent pas à reproduire la physique particulière de la neige arctique ce qui conduit à des incertitudes importantes dans la modélisation des températures du sol. De nouvelles paramétrisations physiques ont été implémentées au sein du modèle Crocus pour améliorer la stratification verticale du manteau neigeux en introduisant les effets de la végétation (neige moins dense en profondeur) et les effets du vent (neige plus dense en surface), ainsi que pour modifier la conductivité thermique de la neige. Ces nouvelles paramétrisations permettent une meilleure représentation des températures du sol sous la neige, validée avec un large jeu de données en Alaska, dans l'Arctique canadien et en Sibérie. Les simulations ainsi réalisées à l'aide du modèle Crocus modifié, piloté par la réanalyse météorologique ERA-Interim sur les 39 dernières années (1979-2018), à l'échelle panarctique, montrent une augmentation significative de la densité de la neige au printemps ainsi que de l'humidité de la neige principalement au printemps et en automne, accompagnée d'une diminution significative de la durée d'enneigement. Ces effets cumulés à l'augmentation des températures de l'air entraînent une augmentation des températures du sol allant jusqu'à +0.89 K par décade pour le mois de juin. De façon à pouvoir améliorer le suivi de l'évolution spatiale et temporelle du couvert nival, l'utilisation de données d'observations satellitaires micro-onde est proposée. À partir de l'analyse d'un jeu de données unique de mesures radiométriques en surface associées à la caractérisation in-situ du manteau neigeux (119 snowpits avec des observations simultanées) en zone arctique et subarctique, une paramétrisation optimale du modèle de transfert radiatif SMRT a été définie. En utilisant une longueur de corrélation exponentielle ajustée comme paramètre de microstructure de la neige dans le modèle électromagnétique Improved Born Approximation (IBA), l'étude montre, par rapport aux autres configurations de modèles testées, de meilleurs résultats avec une erreur moyenne (RMSE) inférieure à 30% des observations pour la neige subarctique et 24% pour la neige arctique. Couplées à Crocus, les températures de brillance simulées sur l'ensemble de l'Arctique sont significativement meilleures avec Crocus modifié qu'avec Crocus standard (38 K d'amélioration de l'erreur en moyenne). Ces résultats ouvrent la voie à l'utilisation de l'assimilation des observations micro-onde satellitaires dans le modèle Crocus à grande échelle afin d'améliorer les simulations de densité de la neige arctique, paramètre clef du manteau neigeux influant sur l'évolution des températures du sol sous la neige. Note de contenu : 1. Introduction générale
1.1 La cryosphère dans le système climatique
1.2 L’Arctique dans le contexte du changement climatique
1.3 Problématique
1.4 Objectifs du doctorat
1.5 Organisation du manuscrit de thèse
2. Matériel et Méthode
2.1 Modélisation du manteau neigeux
2.2 Modélisation des températures de brillance de la neige
3. Article 1 : Amélioration des simulations de la climatologie des propriétés de la neige arctique et de la température du sol sur la période 1979-2018 dans la taïga circumpolaire et les zones arctiques
3.1 Résumé de l’article
3.2 Article : Improved simulations of Arctic snow properties and soil temperature climatology over the 1979-2018 period in circumpolar taiga and Arctic areas
3.3 Complément d’analyse à l’article
3.4 Analyse des tendances d’évolution de la température du sol
3.5 Stockage de carbone organique dans le sol
4. Article 2 : Analyse de la microstructure de la neige arctique et subarctique pour des simulations de températures de brillance micro-onde
4.1 Résumé de l’article
4.2 Article : Arctic and Subarctic snow microstructure analysis for microwave brightness temperature simulations
4.3 Complément d’analyse à l’article 2
5. Modélisation micro-onde panarctique
5.1 Introduction
5.2 Méthode
5.3 Résultats
5.4 Discussion
5.5 Conclusion
6. Conclusion et perspectives
6.1 Conclusion
6.2 Contributions originales de la thèse
6.3 Perspectives du projet de recherche
AnnexesNuméro de notice : 26531 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : IMAGERIE Nature : Thèse française Note de thèse : Thèse de Doctorat : Physique de la Télédétection : Sherbrooke : 2020
Thèse de Doctorat : Sciences de la Terre et Univers, Environnement : Grenoble : 2020Organisme de stage : Centre d’Application et de Recherche en Télédétection (CARTEL) et de L’Institut des Geosciences de l’Environnement (IGE) nature-HAL : Thèse Date de publication en ligne : 31/03/2021 En ligne : https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-03185802/document Format de la ressource électronique : URL Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=97562 Impact of GPS processing on the estimation of snow water equivalent using refracted GPS signals / Ladina Steiner in IEEE Transactions on geoscience and remote sensing, vol 58 n° 1 (January 2020)
[article]
Titre : Impact of GPS processing on the estimation of snow water equivalent using refracted GPS signals Type de document : Article/Communication Auteurs : Ladina Steiner, Auteur ; Michael Meindl, Auteur ; Christoph Marty, Auteur ; Alain Geiger, Auteur Année de publication : 2020 Article en page(s) : pp 123 - 135 Note générale : bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Navigation et positionnement
[Termes IGN] Alpes
[Termes IGN] altitude
[Termes IGN] antenne GPS
[Termes IGN] eau de fonte
[Termes IGN] étalonnage des données
[Termes IGN] manteau neigeux
[Termes IGN] modèle hydrographique
[Termes IGN] neige
[Termes IGN] phase GPS
[Termes IGN] pondération
[Termes IGN] réfraction
[Termes IGN] signal GPS
[Termes IGN] SuisseRésumé : (auteur) Global navigation satellite system (GNSS) antennas buried underneath a snowpack have a high potential for in situ snow water equivalent (SWE) estimation. Automated and continuous SWE quantification independent of weather conditions could enhance snow hydrological monitoring and modeling. Accurate and reliable in situ data are needed for the calibration and validation of remote sensing data and snowpack modeling. A relative bias of less than 5% is achieved using sub-snow global positioning system (GPS) antennas (GPS refractometry) during a three full seasons time period in the Swiss Alps. A systematic overview regarding the temporal reliability of the sub-snow GPS derived results is, however, missing for this emerging technique. Moreover, GPS processing impacts the results significantly. Different GPS processing parameters are therefore selected and their influence on the SWE estimation is investigated. The impact of elevation-dependent weighting, the elevation cutoff angles, and the time intervals for SWE estimation are systematically assessed. The best results are achieved using all observations with an elevation-dependent weighting scheme. Moreover, the SWE estimation performance is equally accurate for hourly SWE estimation as for lower temporal resolutions up to daily estimates. The impact of snow on the coordinate solution is furthermore evaluated. While the east and north components are not systematically influenced by the overlying snowpack, the vertical component exhibits a significant variation and strongly depends on the SWE. The biased vertical component therefore provides an additional possibility to estimate SWE. Numéro de notice : A2020-074 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Article nature-HAL : ArtAvecCL-RevueIntern DOI : 10.1109/TGRS.2019.2934016 Date de publication en ligne : 06/09/2019 En ligne : https://doi.org/10.1109/TGRS.2019.2934016 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=94605
in IEEE Transactions on geoscience and remote sensing > vol 58 n° 1 (January 2020) . - pp 123 - 135[article]Time-lapse photogrammetry of distributed snow depth during snowmelt / Simon Filhol in Water resources research, vol 55 n° 9 (September 2019)
[article]
Titre : Time-lapse photogrammetry of distributed snow depth during snowmelt Type de document : Article/Communication Auteurs : Simon Filhol, Auteur ; Alexis Perret , Auteur ; Luc Girod , Auteur ; Guillaume Sutter, Auteur ; Thomas V. Schuler, Auteur ; John F. Burkhart, Auteur Année de publication : 2019 Projets : 3-projet - voir note / Note générale : bibliographie
This work was supported by the Norwegian Research Council—Enhancing Snow Competency of Models and Operators(ESCYMO) project (NFR 244024), the University of Oslo eInfrastructure Competence Hub Geohive, and the European Research Council under the European Union's Seventh FrameworkProgram (FP/2007-2013)/ERC GrantAgreement 320816. This work forms a contribution to LATICE, which is a strategic research initiative funded by the Faculty of Mathematics and Natural Sciences at the University of Oslo. The source code of the software is available at this site (https://github.com/ArcticSnow/photo4D). Data are freely available from Zenodo.org (Filhol et al., 2018).FILHOL ET AL.7925Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Photogrammétrie numérique
[Termes IGN] chaîne de traitement
[Termes IGN] code source libre
[Termes IGN] eau de fonte
[Termes IGN] manteau neigeux
[Termes IGN] Norvège
[Termes IGN] profondeur
[Termes IGN] semis de pointsRésumé : (auteur) Characterizing snowmelt both spatially and temporally from in situ observation remains a challenge. Available sensors (i.e., sonic ranger, lidar, airborne photogrammetry) provide either time series of local point measurements or sporadic surveys covering larger areas. We propose a methodology to recover from a minimum of three synchronized time-lapse cameras changes in snow depth and snow cover extent over area smaller or equivalent to 0.12 km2. Our method uses photogrammetry to compute point clouds from a set of three or more images and automatically repeat this task for the entire time series. The challenges were (1) finding an optimal experimental setup deployable in the field, (2) estimating the error associated with this technique, and (3) being able to minimize the input of manual work in the data processing pipeline. Developed and tested in the field in Finse, Norway, over 1 month during the 2018 melt season, we estimated a median melt of 2.12 ± 0.48 m derived from three cameras 1.2 km away from the region of interest. The closest weather station recorded 1.94 m of melt. Other parameters like snow cover extent and duration could be estimated over a 300 × 400m region. The software is open source and applicable to a broader range of geomorphologic processes like glacier dynamic, snow accumulation, or any other processes of surface deformation, with the conditions of (1) having fixed visible points within the area of interest and (2) resolving sufficient surface textures in the photographs. Numéro de notice : A2019-663 Affiliation des auteurs : ENSG+Ext (2012-2019) Thématique : IMAGERIE Nature : Article nature-HAL : ArtAvecCL-RevueIntern DOI : 10.1029/2018WR024530 Date de publication en ligne : 19/08/2019 En ligne : https://doi.org/10.1029/2018WR024530 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=99691
in Water resources research > vol 55 n° 9 (September 2019)[article]Analysis of the usability of mobile laser scanning data in snowy conditions / Mathilde Letard (2019)
Titre : Analysis of the usability of mobile laser scanning data in snowy conditions Type de document : Mémoire Auteurs : Mathilde Letard, Auteur Editeur : Champs-sur-Marne : Ecole nationale des sciences géographiques ENSG Année de publication : 2019 Importance : 67 p. Format : 21 x 30 cm Note générale : Bibliographie
Rapport de projet pluridisciplinaire, cycle ING2Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Lasergrammétrie
[Termes IGN] Antarctique
[Termes IGN] chaîne de traitement
[Termes IGN] changement climatique
[Termes IGN] données lidar
[Termes IGN] données localisées 3D
[Termes IGN] lidar mobile
[Termes IGN] manteau neigeux
[Termes IGN] modèle numérique de surface
[Termes IGN] modèle numérique de terrainIndex. décimale : PROJET Mémoires : Rapports de projet - stage des ingénieurs de 2e année Résumé : (Auteur) Les modèles climatiques sont essentiels dans la lutte contre le changement climatique, et les connaissances sur les environnements polaires nécessaires à leur création. Le projet GRAVLASER du Finnish Geospatial Research Institute a été créé dans le but d’approfondir la connaissance de l’Antarctique par le biais du LIDAR. Cette étude montre que le LIDAR mobile peut produire des modèles numériques de terrains enneigés de haute résolution et que ceux-ci sont assez précis pour réaliser des mesures de gravité et des études sur la neige. Elle démontre ainsi l’existence d’une option permettant de contourner les obstacles techniques créés par le climat très rude de l’Antarctique tout en permettant d’améliorer les modèles climatiques dans la région. Ce travail explore aussi l’influence des conditions d’acquisition des données et de leur traitement sur les modèles finaux et propose une chaîne de production et des outils de visualisation et de comparaison de ceux-ci. Note de contenu : Introduction
1. Context and characteristics of the study
1.1 Context and presentation of the data
1.2 State of the art on snow covered surfaces modelling
1.3 Method followed
2. Data processing
2.1 Pre-processing
2.2 Creation of the reference surface model
2.3 Testing of different DTM generating methods
3. Analysis of the output and the results
3.1 Results obtained using MLS in snowy conditions
3.2 Discussion
Conclusion
A. GANTT Diagram of the project
B. Calibration proofing
C. Distance threshold
D. Characteristics of the files
E. DTMs comparisons
F. Visualization tool
G. Comparison toolNuméro de notice : 26118 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : POSITIONNEMENT Nature : Mémoire de projet pluridisciplinaire Organisme de stage : Finnish Geospatial Research Institute Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=93860 Documents numériques
peut être téléchargé
Analysis of the usability of mobile laser scanning data... - pdf auteurAdobe Acrobat PDF Apport des mesures du radar à synthèse d'ouverture de Sentinel-1 pour l'étude des propriétés du manteau neigeux / Gaëlle Veyssière (2019)
Titre : Apport des mesures du radar à synthèse d'ouverture de Sentinel-1 pour l'étude des propriétés du manteau neigeux Type de document : Thèse/HDR Auteurs : Gaëlle Veyssière, Auteur ; Fatima Karbou, Directeur de thèse ; Samuel Morin, Directeur de thèse Editeur : Toulouse : Université de Toulouse Année de publication : 2019 Importance : 115 p. Format : 21 x 30 cm Note générale : bibliographie
Thèse en vue de l'obtention du Doctorat de l'Université de Toulouse délivré par l'Institut National Polytechnique de Toulouse, Océan, Atmosphère, ClimatLangues : Français (fre) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Applications de télédétection
[Termes IGN] Alpes (France)
[Termes IGN] avalanche
[Termes IGN] coefficient de rétrodiffusion
[Termes IGN] écho radar
[Termes IGN] image radar moirée
[Termes IGN] image Sentinel-SAR
[Termes IGN] manteau neigeux
[Termes IGN] modèle de rétrodiffusion
[Termes IGN] prévention des risques
[Termes IGN] radar à antenne synthétique
[Termes IGN] ressources en eauIndex. décimale : THESE Thèses et HDR Résumé : (auteur) Le suivi de l’évolution du manteau neigeux est directement lié à des enjeux socio-économiques majeurs en zone de montagne. Parmi ces enjeux figure la prévision du risque d’avalanche qui s’appuie principalement sur des observations et sur la connaissance de l’état du manteau neigeux et de son évolution dans le temps. Dans cette thèse, co-financée par le CNES et par Météo- France, nous avons évalué l’apport d’observations de télédétection spatiale active micro-ondes issues du radar à synthèse d’ouverture (SAR) de Sentinel-1, pour suivre l’évolution de certaines propriétés du manteau neigeux. Dans un premier temps, nous avons évalué la chaîne de modélisation SAFRAN-ISBA/Crocus-MEMLS par rapport aux données Sentinel-1 pré-traitées sur 3 saisons hivernales de 2014 à 2017, sur une zone de 2310 km2 à 20 m de résolution dans les Alpes du Nord françaises. Nous avons montré que les données SAR étaient pertinentes pour suivre l’évolution du manteau neigeux et, avons démontré la capacité de la chaîne de modélisation à reproduire les variations du signal observé dans le temps malgré de forts biais négatifs en cas de neige humide. Nous nous sommes intéressés à la valeur ajoutée des observations SAR de Sentinel-1 pour cartographier la neige humide, c’est-à-dire, la neige avec un taux élevé d’eau liquide. Des comparaisons ont été effectuées entre les produits neige humide obtenus par Sentinel-1 et les produits neige de Sentinel-2 distribués par Theia. Cette étude a été menée sur la saison hivernale 2017-2018, qui a connu un enneigement exceptionnel. Ces travaux ouvrent la voie à l’assimilation de données de télédétection SAR dans le modèle de neige Crocus ainsi qu’à une plus grande exploitation de ces données dans le cadre du suivi de l’enneigement pour de multiples applications. Note de contenu : Introduction générale
1- Contexte scientifique, État de l’art des méthodes
2- Évaluation des simulations de coefficients de rétrodiffusion par rapport aux données SAR de Sentinel-1
3- Détection de la neige humide par imagerie SAR
4- Conclusions générales et perspectivesNuméro de notice : 25842 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : IMAGERIE Nature : Thèse française Note de thèse : Thèse de Doctorat : Océan, Atmosphère, Climat : Toulouse : 2019 Organisme de stage : Groupe d'étude de l'Atmosphère Météorologique nature-HAL : Thèse DOI : sans En ligne : https://oatao.univ-toulouse.fr/25350/1/Veyssiere.pdf Format de la ressource électronique : URL Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=95249 PermalinkA study of the influence of the historical snow accumulation and wind effects on the extended Chajnantor plateau / Juliette Ortet (2018)PermalinkDevelopment of a sampling protocol for monitoring snow melt using photogrammetry / Guillaume Sutter (2017)PermalinkJoint analysis of passive and active land surface responses for Global Precipitation Measurement / Iris de Gelis (2017)PermalinkTélédétection pour l'observation des surfaces continentales, Volume 4. Observation des surfaces continentales par télédétection 2 / Nicolas Baghdadi (2017)PermalinkSlopeManagement via satellite navigation / Daniel Maurice in Geoinformatics, vol 18 n° 8 (December 2015)PermalinkSnow depth estimation based on multipath phase combination of GPS triple-frequency signals / Kegen Yu in IEEE Transactions on geoscience and remote sensing, vol 53 n° 9 (September 2015)PermalinkSuivi de l’enneigement saisonnier sur un site de haute altitude par balayage laser terrestre / Aymeric Richard (2015)PermalinkAccuracy assessment of MODIS/Terra snow cover product for parts of Indian Himalayas / Hari Prasad Chelamallu in Geocarto international, vol 29 n° 5 - 6 (August - October 2014)PermalinkPatch-based information reconstruction of cloud-contaminated multitemporal images / Chao-Hung Lin in IEEE Transactions on geoscience and remote sensing, vol 52 n° 1 tome 1 (January 2014)Permalink