Prise en compte de l'agrégation des cultures dans la simulation du transfert radiatif : importance pour l'estimation de l'indice foliaire (LAI), de la parcelle au paysage

by Sylvie Duthoit

Doctoral thesis in Télédétection. Transfert radiatif

Sous la direction de Valérie Demarez.

Soutenue en 2006

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    L'indice foliaire (LAI) est une variable clé pour l'étude du fonctionnement des surfaces végétales car elle conditionne les échanges de carbone et d'eau avec l'atmosphère. Les méthodes de mesures indirectes fournissent des estimations de LAI à partir de mesures de la fraction de trou in situ. Les méthodes d'estimation du LAI par inversion de modèle de réflectance à partir de données satellitaires utilisent généralement des modèles unidimensionnels car ils nécessitent peu de paramètres d'entrée. Dans les deux cas, les modèles reposent sur l'hypothèse que les éléments sont distribués de façon aléatoire au sein du couvert, ce qui est rarement le cas en réalité. Dans ce contexte, le travail réalisé a pour objectif principal d'évaluer l'apport de l'utilisation d'un coefficient d'agrégation dans la simulation du transfert radiatif de couverts végétaux hétérogènes, en vue d'améliorer les estimations de LAI par inversion de modèles turbides. Dans la première partie du travail, nous avons évalué les estimations de LAI fournies par le logiciel de traitement de photographies hémisphériques CAN_EYE, dont l'intérêt principal est d'estimer le LAI avec ou sans prise en compte de l'agrégation des feuilles. L'évaluation a été réalisée par comparaison avec des mesures destructives effectuées sur des cultures de blé, maïs et tournesol. Les résultats montrent que l'utilisation d'un coefficient d‘agrégation permet d'améliorer sensiblement les estimations de LAI. Toutefois, l'analyse suggère que le calcul du coefficient d'agrégation dans CAN_EYE avec la méthode de Lang et Xiang (1986) doit être amélioré. Dans la deuxième partie du travail, nous avons analysé si l'introduction d'un coefficient d'agrégation dans un modèle de réflectance unidimensionnel permettait d'améliorer les simulations de la réflectance bidirectionnelle (FDRB), à l'échelle de la parcelle et du paysage. Pour cela, nous avons pris comme référence des simulations de FDRB issues d'un modèle 3D, le modèle DART (Gastellu et al. , 1996). A l'échelle de la parcelle, nous avons montré l'intérêt du coefficient d'agrégation pour simuler la FDRB d'une parcelle de maïs dans la bande spectrale du rouge. Dans le PIR, l'utilisation d'un modèle unidimensionnel donne de meilleurs résultats. A l'échelle d'un paysage agricole, l'hétérogénéité sub-parcellaire semble être le facteur primordial et sa prise en compte avec un coefficient d'agrégation dans le rouge permet d'améliorer les simulations de la FDRB avec un modèle unidimensionnel. Une étude préliminaire a permis de mettre en évidence que les estimations de LAI par inversion pourraient être sensiblement améliorées si ce coefficient est introduit pour simuler la FDRB dans le visible.

  • Titre traduit

    Aggregation of crop canopies in radiative transfer simulation : a need to estimate leaf area index, from field to landscape scale


  • Résumé

    The leaf area index (LAI) is a key variable involved in many biophysical processes. Indirect measurements methods provide LAI estimations from in situ gap fraction measurements. Inversion of reflectance models provides LAI estimations from satellite data with high repetitivity on large areas; the models usually used are one-dimensional because few entry parameters are needed. In both cases, these models assume that the foliage elements are randomly distributed, that is not the case in most of the canopies. The main objective of this work is to evaluate if the use of a clumping index in radiative transfer models could improve the simulations for heterogeneous canopies, in order to provide better LAI estimations. In the first part of the work, we evaluate LAI estimations provided by the analysis of hemispherical photographs with the CAN_EYE software; it provides LAI estimations assuming leaves randomly distributed or taking into account the canopy heterogeneity with a clumping index. The evaluation is done by comparison with destructive measurements carried out over wheat, maize and sunflower crops. The main results show that the LAI estimations are improved when using the clumping index, but its calculation with the Lang and Xiang method (1986) must be done with great care according to the species. Possible improvements for its calculation are discussed. The second part of the work concerns the analysis of BRDF simulations at field and landscape scales. Taking BRDF simulations with a 3D model as references (the DART model, Gastellu et al. , 1996), we show first that the use of a clumping index in a one dimensional reflectance model generally improves field BRDF simulations for a maize canopy in the red spectral band. In the near infra red, we have best results when the canopy is considered as homogeneous. At the landscape scale, the changes in agricultural land use seem to be the main factor of heterogeneity and this heterogeneity could be partially taken into account with a clumping factor used to simulate BRDF in the visible spectral band. A preliminary study allows us to conclude that LAI estimations from reflectance models could be improved.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (189 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 124-138

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2006TOU30230
  • Bibliothèque : Observatoire Midi-Pyrénées. Centre de documentation Sciences de l'univers, de la planète et de l'environnement.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 2006/OMP/08027
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.