Étude de la correction de la diffusion atmosphérique et du rayonnement solaire réfléchi par la surface agitée de la mer pour l'observation de la couleur de l'océan depuis l'espace

Study of the correction of the atmospheric scattering and the sun glint for the observations of ocean colour from space

• Auteur / Autrice : François Steinmetz
• Direction : Pierre-Yves Deschamps
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Lasers, molécules, rayonnement atmosphérique
• Date : Soutenance le 19/02/2008
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Phytoplancton marin

Imagerie satellitaire

Effets des rayonnements

Surfaces

Interaction mer-atmosphère

Aérosols atmosphériques

Défauts

Mesure

Diffusion atmosphérique

Observations

Couleur

Mer

Mots clés libres

Corrections atmosphériques

Résumé

La principale difficulté pour l'observation de la "couleur de l'océan" depuis l'espace est d'effectuer les corrections atmosphériques, c'est à dire extraire le signal provenant des océans du signal total largement dominé par la contribution de l'atmosphère. Dans ce cadre, des problèmes spécifiques liés aux capteurs satellitaires utilisés, ou aux conditions d'observations, peuvent apparaître. Dans le cas du capteur POLDER-3, nous avons diagnostiqué des défauts sur les produits marins grâce aux mesures in situ BOUSSOLE, notamment attribuables aux données d'entrée (de niveau 1), et de proposer plusieurs ajustements. Ces modifications ont abouti à une amélioration majeure de précision des produits, d'un facteur 1.5 à 2. De plus, le même algorithme de correction atmosphérique a été appliqué aux données du capteur MERlS, ce qui a permis de mettre en évidence ses propriétés de fonctionnement. Les algorithmes de correction atmosphérique existants sont également limités par la tâche brillante du rayonnement solaire réfléchi par la surface agitée de la mer (le sun glint), ne pouvant fonctionner lorsque ce signal est trop intense. Pour de nombreux capteurs (MERlS, MODIS ... ) ceci rend près de la moitié des observations aux latitudes subtropicales inutilisables. Nous proposons un algorithme, appelé POLYMER, conçu pour fonctionner sur l'ensemble du sun glint. Si le gain en couverture spatiale est spectaculaire, il se fait encore au détriment de la précision des produits. Néanmoins, cet algorithme montre qu'il est possible d'utiliser de données contaminées par le sun glint pour la couleur de l'océan, et ouvre de nouvelles perspective pour les applications futures.

The main challenge for observing the”ocean colour” from space is to make the atmospheric correction which consists in extracting the marine signal from the measured dominated by the atmospheric scattering. In this context, we have studied specific problems that arise due to the quality of the sensor radiometry or to the viewing conditions. In the case of POLDER-3, we have used the in situ BOUSSOLE data to detect some problems, one of which can be attributed to a defect in the input (level1) data. We have made empirical corrections for these defects, resulting in an improvement of the accuracy of the marine reflectance products by a factor 1.5 to 2. Moreover, the same atmospheric correction algorithm was applied to the MERIS data to emphasize some of its features. The existing atmospheric correction algorithms are also limited by the sunglint, failing to retrieve marine parameters in the bright pattern of the sun reflected by the wavy sea surface. For many sensors (MERIS,MODIS...), this makes almost half of the observations at subtropical latitudes unusable, reducing the global coverage accordingly. We are presenting an original algorithm, called POLYMER, designed to make atmospheric correction over the whole sun glint pattern. The increase of spatial coverage is spectacular, while the accuracy on the retrieved marine parameters remains acceptable.This study shows that itis possible to retrieve the ocean colour in the sun glint contaminated areas and opens new opportunities for future applications.