Colloque international Fès 15-16 avril 2005 1 VERS UN SUIVI EN TEMPS REEL DE LA SECHERESSE AU MAROC A PARTIR DES DONNEES METEOSAT SECONDE GENERATION Jean-Claude

Colloque international Fès 15-16 avril 2005

1

VERS UN SUIVI EN TEMPS REEL DE LA SECHERESSE AU MAROC

A PARTIR DES DONNEES METEOSAT SECONDE GENERATION

Jean-Claude BERGES & Bernard LACAZE Med Faouzi SMIEJ CNRS PRODIG UMR 8586, Paris CRTS, Rabat

Colloque international « Aménagement du territoire et risques environnementaux»Colloque international « Aménagement du territoire et risques environnementaux»

en hommage au Professeur Hassan Benhalimaen hommage au Professeur Hassan Benhalima


2

Géostationnaire (GOES) 1 prise de vues toutes les 15 minutes

MSG


3

GDR MSG-ATRGroupement de Recherches Météosat Seconde Génération Analyse en Temps Réel

Méthodes d’exploitation des données MSG

Estimation des précipitations Surfaces continentales et approches

multi-scalaires Suivi des catastrophes naturelles Santé et Climat

Thèmes de recherche 2004 - 2007


4

Le suivi de la sècheresse dans les zones arides et semi-arides

Evaluation de l’impact de la sècheresse sur de vastes surfaces

Suivi en temps réel et alerte précoce

Archivage et suivi à long terme : surveillance de la désertisation


5

Utilisation des données NOAA-AVHRR et SPOT-VEGETATION

Estimation de l’abondance de la végétation verte

Suivi de l’état hydrique des couverts végétaux


6

Satellites et capteurs(basse résolution spatiale , haute répétitivité)

NOAA-AVHRR depuis juillet 1981

SPOT-VEGETATION depuis mai 1998

EOS - MODIS depuis décembre 1999, mai 2002

MSG 1-SEVIRI

depuis 2003 (Météosat 8)


7

NOAA-AVHRR et SPOT-VEGETATION : bandes spectrales

Bandes spectrales NOAA AHVRR

SPOT VEGETATION

Bleu 0.43 - 0.47

Vert

Rouge (0.55) - 0.68 0.61 - 0.68

Proche infrarouge

0.73 - 1.10 0.78 - 0.89

Infrarouge courtes l o

1.58 - 1.75

(Longueurs d’ondes en µm)(Longueurs d’ondes en µm)


8

Un indice de végétation : NDVI

NDVI = (PIR - r) / (PIR + r)

Normalized Difference Vegetation IndexNormalized Difference Vegetation Index


9

NOAA-AVHRR et SPOT-VEGETATION : résolutions spatiales et temporelles

NOAA AHVRR

SPOT VEGETATION

DimensionTachèle (au nadir)

1.1 km 1.1 km

Répétitivité 1 jour 1 jour

Indice de

végétation NDVI NDVI

Synthèse temporelle

10 jours 10 jours


10

L’utilisation opérationnelle des indices de végétation NOAA-AVHRR et SPOT-VEGETATION

Exemple 1 : FAO (niveau mondial)

Exemple 2 : CRTS (Maroc)

Fréquence : décadaire


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L’utilisation opérationnelle des indices de végétation SPOT-VEGETATION par la FAO (ARTEMIS)

Juillet 2004

1 – 10 mars 2005

Mars 2005


12

L’utilisation opérationnelle des indices de végétation SPOT-VEGETATION par la FAO (ARTEMIS)

1 – 10 mars 2005

Différence par rapport à la moyenne 1998-2005 positive nulle négative


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L’utilisation opérationnelle des indices de végétation NOAA-AVHRR et SPOT VEGETATION par le CRTS

21 – 30 avril 2004

Profils d‘indices de végétation moyens de la région de Rabat Zemmour Zaïr


14

SEVIRI (Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager)

GERB (Geostationary Earth Radiation Budget Experiment)

Météosat 8 (28-08-2002)

MTG à partir de 2015


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MSG-1 SEVIRI : bandes spectrales

Canal 01: rouge 0.6 Canal 02: PIR 0.8 Canal 03: IRCL 1.6 Canal 04: MIR 3.9 Canal 05 VE 6.2 Canal 06: VE 7.3 Canal 07: IR 8.7 Canal 08: IR 9.7 (Ozone) Canal 09: IR 10.8 Canal 10: IR 12.0 Canal 11: IR 13.4 (CO2) Canal 12: HRV (High Resolution Visible)

Spinning Enhanced Visible and Infra Red ImagerSpinning Enhanced Visible and Infra Red Imager


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MSG SEVIRI : bandes spectrales 1, 2, 3 et 12

CanalDomaine spectral

cen min - max

Dimension tachèle

(au nadir)

01 Vert - Rouge 0.635 0.56 – 0.71 3 km

02Proche infrarouge

0.810 0.74 – 0.88 3 km

03Infrarouge de courtes l. o.

1.640 1.50 – 1.78 3 km

12 HRV - ~ 0.40 – 1.10 1 km



17

MSG - SEVIRI : bandes spectrales 1, 2, 3 et 12


11 22 33

1212


18

MSG SEVIRI : résolutions 3km et 1km

3712 x 3712 pixels 5568 x 11136 pixels

VIS 0.6 HRV


19

MSG SEVIRI : résolutions 3km et 1km

3712 x 3712 pixels 5568 x 11136 pixels

VIS 0.6 HRV


20

MSG SEVIRI : exemple couverture canal HRV

3712 x 3712 pixels

HRV


21

Méthodes de synthèse temporelle des images NDVI

NOAA-AVHRR et SPOT-VEGETATION : pour chaque pixel, on calcule la maximum de NDVI pour des séquences de 10 jours (1 image/jour)

MSG-SEVIRI pour chaque pixel, on détermine l’heure de la température maximum journalière (96 images/jour) et l’on calcule le NDVI pour ce moment là; ensuite on peut appliquer la méthode du maximum de NDVI sur une séquence de n jours


22

NDVId’après

MSG


23

NDVId’après

SPOT VEGETATION


24

Indice de végétation NDVI d’après MSG et SPOT-VEGETATION : synthèse 1-10 juillet 2004

MSG

SPOT-V


25

Indice de végétation NDVI d’après MSG et SPOT-VEGETATION : synthèse 1-10 juillet 2004

MSG

SPOT-V


26

Indice de végétation NDVI d’après MSGet canal panchromatique

NDVI : 3km Panchro : 1km


27

Les données EOS-MODIS et MSG-SEVIRIS : alternative ou complémentarité par rapport à NOAA-AVHRR, SPOT-VEGETATION

Estimation de l’abondance de la végétation

Suivi de l’état hydrique des couverts végétaux


28

MODIS, SPOT- VEGETATION, SEVIRI : indice de stress hydrique = f(IRCL, PIR)

AVHRR, MODIS, SEVIRI : indice de sécheresse TVDI = f (NDVI, TS)

MODIS : calcul de la fraction évaporative

Suivi de l’état hydrique des couverts végétauxSuivi de l’état hydrique des couverts végétaux


29

Un indice de stress hydrique : MODIS WSI

MODIS Water Stress Index

MODIS WSI = (Canal 6 – Canal 2) / (Canal 6 + Canal 2)MODIS WSI = (Canal 6 – Canal 2) / (Canal 6 + Canal 2)

Canal 2 : 841 – 876 nm PIR

Canal 6 : 1628 – 1652 nm IRCL


30

Un indice de stress hydrique : MODIS WSI

y = -20.845x + 9.8359

R2 = 0.8607

0

2

4

6

8

10

12

14

16

-0.25 -0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

MODIS Water stress index (c6 - c2 / c6 + c2)

Soi

l moi

stu

re m

odel

led

from

rai

nfa

ll

(Vol

%)

Dahra ISRA (ground truth location)2001 (8 day composite values)

Fensholt, 2004

SENEGAL


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Un indice de sècheresse : TVDI

Temperature Vegetation Dryness Index

Ts max

Ts min

NDVI maxNDVI min NDVI

Su

rface T

em

pera

ture

A

B

C TDVI = AC /ABTDVI = AC /AB

TDVITDVI= 1= 1

TDVI = 0TDVI = 0


32

Calcul de l’ indice de sècheresse TVDI

Sandholt et al., 2002 SENEGAL


33

Calcul de l’ indice de sècheresse TVDI

Chaouia 2003-08-12

0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70290

292

294

296

298

300

302

304

306

308

310

312

314

316

318

320

322

324

326

328

330

332

334

336

338

340

NDVI

Ts (

K) Ts = -52,9 NDVI + 335,3

Ts min = 310,9


34

Un indice de sècheresse : TVDI

Sandholt et al., 2002

SENEGAL


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Définition de la fraction évaporative

Q

ETEF GRQ n

Net radiation (radiation absorbed on the land)

Ground heat transferAvailable Energy


36

Calcul de la fraction évaporative

Evaporative Fraction

- Vegetation Index …NDVI or EVI (S)

- Temperature of vegetation: Tveg (S)

- Incoming solar radiation: PAR (T)-VI-Ts diagram (S)

Note: (S) …. Derived from Satellite

(T) …. Estimated theoretically

Source : AQUA/MODIS Evapotranspiration Project

Qveg Qbare

EF = fveg EFveg + (1 – fveg) EFbare

Q Q

- radiative transfer of atmosphere (T)


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Suivi du couvert végétal

Indice NDVI : facilité d’obtention à partir de NOAA-AVHRR, SPOT-VEGETATION, EOS-MODIS, MSG-SEVIRI

Synthèse temporelle meilleure pour MSG grâce au suivi des températures journalières : possibilité de synthèse/4 à 5 jours

Fusion panchromatique et canaux à 3 km : produit à évaluer, pourrait être obtenu sur majeure partie du Maroc


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Suivi du stress hydrique

Indice de stress hydrique WSI : facilité de calcul, synthèse 8 - 10 jours (MODIS, SPOT-VEGETATION)

Indice de sècheresse TVDI : niveau journalier (AVHRR, MODIS, SEVIRI), nécessite une interprétation

Fraction évaporative : produit à évaluer, MODIS synthèse 8 jours, SEVIRI (journalier)


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Conclusions : prospective SEVIRI

maîtrise de l’acquisition directe des données en temps réel, gratuité des images cf. CRTS , Rabat

collaboration internationale pour le traitement des données cf. GDR du CNRS « MSG-ATR », SAF groups d’EUMETSAT

pérennité des données MSG 2015


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GDR MSG-ATRGroupement de Recherches Météosat Seconde Génération Analyse en Temps Réel

Méthodes d’exploitation des données MSG

Estimation des précipitations Surfaces continentales et approches

multi-scalaires Suivi des catastrophes naturelles Santé et Climat

Thèmes de recherche 2004 - 2007


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Conclusions : prospective SEVIRI

Colloque de présentation de résultats prévu à Paris en 2006

http://prodig.univ-paris1.fr/msg/

Documents

Colloque international Fès 15-16 avril 2005 1 VERS UN SUIVI EN TEMPS REEL DE LA SECHERESSE AU MAROC A PARTIR DES DONNEES METEOSAT SECONDE GENERATION Jean-Claude