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Année 2006
SDU2E
PROPOSITION DE SUJET
DE THESE
Spécialité
: hydrologie spatiale
NOM - Prénom du Responsable du sujet : BOULET Gilles
CESBIO (CNES-CNRS-UPS-IRD- UMR 5126), 18, avenue Edouard Belin 31401 Toulouse Cedex 9
Tel : (33) 5 61 55 85 46 , e-mail : gilles.boulet@cesbio.cnes.fr
TITRE ET SUJET DE THESE PROPOSE :
Assimilation de données
in situ
, aéroportées et satellitales dans un modèle hydrologique distribué :
un Système d’Observation pour le bassin de Goulburn (Australie).
La gestion durable des ressources en eau, notamment pour les besoins agricoles, nécessite une meilleure
connaissance de la variabilité spatiale et temporelle de l’humidité de la zone racinaire. Cette information peut être
obtenue de différentes façons :
-
par mesure directe à l’aide de stations automatiques au sol, ce qui suppose un échantillonnage conséquent si l’on
veut une estimation à l’échelle régionale ;
-
par des modèles hydrologiques distribués, qui simulent l’évolution des humidités des différents compartiments (sol
superficiel, zone racinaire, sol profond) mais souffrent d’une description souvent inadéquate des processus
d’échange, de surparamétrisation et de la difficulté de renseigner le forçage atmosphérique ;
-
par télédétection satellitale ou aéroportée, qui fournit des informations spatialement distribuées, mais indirectement
reliées à l’humidité de la zone racinaire.
Ces trois approches sont en fait complémentaires, et doivent être combinées au sein d’un Système d’Observation. Ainsi,
l’exploitation dans un contexte hydrologique des données micro-ondes passives de la mission SMOS, qui estime
l’humidité superficielle des sols pour une résolution spatiale d’environ 40 km
2
, nécessite le développement conjoint de
méthodes de désagrégation et d’assimilation dans un modèle d’échanges Sol-Plante-Atmosphère.
Dans ce contexte ont lieu en Novembre 2005 et Novembre 2006, sur un même bassin versant, deux campagnes de
mesures aéroportées dans les trois domaines de longueur d’onde (visible, thermique ou micro-onde) concomitantes avec
des campagnes intensives de mesures de terrain. Le bassin versant étudié est le bassin de Goulburn (Australie),
d’environ 600 km
2
de superficie. Ces campagnes s’appuient également sur un réseau de stations automatiques (forçage
météorologique, débit, humidité du sol) mis en place en 2003. La répétitivité (quelques jours) et la résolution (de 1 m
dans le visible à 62 m dans les micro-ondes) des mesures aéroportées permettent non seulement d’évaluer les modèles
de transfert radiatif par des mesures au sol acquises à une échelle comparable, mais aussi de tester des algorithmes de
changement d’échelle et d’assimilation des données satellitales.
L’objectif de cette thèse est de vérifier dans quelle mesure les données satellitales actuellement disponibles (ou
disponibles dans un futur proche puisque SMOS sera lancé en 2007) combinées éventuellement à la connaissance de
variables hydrologiques mesurées en routine (le débit à l’exutoire par exemple) permettent de réduire l’incertitude
d’estimation par le modèle hydrologique de l’humidité moyenne de la zone racinaire pour différentes échelles
emboîtées allant de la parcelle au sous-bassin et du sous-bassin au bassin versant. Le travail proposé consiste donc à :
i)
adapter un modèle hydrologique semi-distribué aux caractéristiques écohydrologiques du bassin de Goulburn ;
ce modèle est en cours de développement dans le cadre du programme SEVE et associe un modèle mono-
dimensionnel vertical de transferts Sol-Plante-Atmosphère à plusieurs modèles de redistribution latérale de
l’eau en surface et en profondeur ;
ii) évaluer ses performances à l’aide des données historiques du réseau automatique de mesure entre 2003 et
2005 ;
iii) développer des méthodes d’assimilation des données multi-sources, multi-capteurs et multi-résolutions dans ce
modèle couplé.
Cette thèse s’inscrit dans le cadre de la préparation à la mission SMOS, du projet SEVE de modélisation du
fonctionnement intégré des surfaces continentales à l’échelle régionale, et s’appuie sur un partenariat solide avec les
universités de Melbourne et de Newcastle (Australie) dans le cadre du projet NAFE (National Airborne Field
Experiment).
PERSPECTIVES post thèse
(2 lignes) :
Recherche en hydrologie spatiale (missions SMOS, HYDROS…) mais aussi agences de bassin, prog. environnement...