Algorithme de simulation du signal des masses d'eau côtières au niveau des capteurs satellitaires à haute résolution spatiale fondé sur le code atmosphérique 6S

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Un algorithme de simulation du signal d'une masse d'eau côtière au niveau d'un capteur satellitaire est présenté dans cet article. Il fait appel au code atmosphérique 6S pour le calcul du rayonnement solaire reçu par un capteur après réflexion par une masse d'eau, selon des conditions variables de l'atmosphère ainsi que de la géométrie d'illumination et de visée. Le calcul de la réflectance d'éclairement sous la surface de la masse d'eau se fait par un module spécialement conçu par nous. Ce module fait appel à des modèles approximatifs du transfert radiatif dans une masse d'eau d'une profondeur variable et limitée par un fond d'une nature et d'une couverture variable (ex. algues, sable, gravier). La masse d'eau peut être composée de plusieurs couches, chacune étant caractérisée par son contenu distinct en matières minérales en suspension, en matières organiques dissoutes et en chlorophylle. L'accent dans cette étude a étémis sur les données du capteur TM de Landsat, le seul à l'heure actuelle offrant un certain potentiel du point de vue résolution spectrale, spatiale et radiométrique pour l'étude du contenu des masses d'eau côtières. Dans un premier temps, les résultats du module de calcul de la réflectance d'éclairement ont été vérifiés pour les longueurs d'onde centrales des bandes TM1, TM2 et TM3, à l'aide de données acquises sous la surface de l'eau et publiées dans la littérature (masses d'eaux du type CASE I ou CASE II). Dans un deuxième temps, les résultats de l'ensemble de l'algorithme ont été vérifiés à partir d'une image TM et de données d'échantillonnage des eaux côtières de la baie des Chaleurs, au Québec, acquises en quasi-synchronisme avec le passage du satellite. Dans les deux cas l'algorithme proposémontre un bon comportement. En effet, les réflectances d'éclairement simulées sous la surface d'eau montrent un haut degré de similitude avec celles publiées. Quant aux résultats globaux, l'algorithme surestime de 2.5 niveaux de gris (échelle en 8 bits), en moyenne, le signal du système atmosphère-masse d'eau dans les trois bandes TM. Les causes probables de cette surestimation et les possibilités d'améliorer le rendement de l'algorithme sont discutées dans cet article. Un exemple de simulation du signal d'une masse d'eau côtière est également présenté pour démontrer le potentiel d'utilisation de l'algorithme.

An algorithm was developed to simulate the radiometric and spectral behaviour of coastal waters at the satellite level. The algorithm uses the 6S atmospheric code to estimate the apparent radiance and apparent reflectance of the water surface under particular geometric (illumination, observation) and atmospheric conditions. The irradiance reflectance of the coastal waters was estimated by a specific module (SIREAUCO), integrated to 6S afterward. This module uses radiative transfer approximations and takes account for finite depth with bottom of different nature (e.g. algae, sand, gravel). The water volume itself may have multiple layers, each layer characterized by its content in chlorophyll, suspended minerals and dissolved organic matter. This study is oriented toward the use of the Landsat TM sensor because of its potential to give informative data over the coastal environment. First, data from SIREAUCO alone were compared to reflectance values taken from published spectral signatures at the central wavelength of the first three TM bands. Then, output data from the complete algorithm were validated with a TM image and in situ sampling data from the coastal waters of Baie des Chaleurs, Québec. The sampling was almost synchronized with the image acquisition. In both validation cases, results from the algorithm showed good agreement. In fact, irradiance reflectance from SIREAUCO showed a high degree of conformity with the published data. On a more global scale, the algorithm overestimate the signal calculated for the complete atmosphere-water system, in each TM band, by an average of 2.5 digital number (8 bits scale). Causes of the overestimation and possibilities to increase confidence in the algorithm are discussed. The potential of this algorithm is also presented through a concrete example of a simulation in coastal waters.

Document Type: Research Article

DOI: http://dx.doi.org/10.1080/01431160117240

Publication date: June 15, 2001

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