Analysis of soil texture using terrasar x-band sar

International audienceIn this paper, it is proposed to use TERRASAR-X data for analysis and estimation of soil surface texture. Our study is based on experimental campaigns carried out over a semi-arid area in North Africa. Simultaneously to TERRASAR-X radar acquisitions, ground measurements (texture, soil moisture and roughness) were made on different test fields. A strong correlation is observed between soil texture and a processed signal from two radar images, the first acquired just after a rain event and the second corresponding to dry soil conditions, acquired three weeks later. An empirical relationship is proposed for the retrieval from radar signals of clay content percent. Soil texture mapping is proposed over the study site, which includes bare soils and olive groves

Signal level comparison between TerraSAR-X and COSMO-SkyMed SAR Sensors

International audienceSoil and vegetation biophysical parameter retrieval using synthetic-aperture-radar images requires radiometrically well-calibrated sensors. In this letter, a comparison of signal levels between TerraSAR-X (TSX) and the COSMO-SkyMed (CSK) constellation (CSK1, CSK2, CSK3, and CSK4) was carried out in order to analyze the ability to use jointly all current X-band sensors. The analysis of the X-band signal over forest stands showed a stable signal (variation lower than 1 dB) over time for each of the studied sensors, but a significant difference was observed between the different X-band sensors. Differences between radar signals were higher in HH than in HV polarization. TSX and CSK4 showed similar backscatter signals, with signal level differences of 0.6 dB in HH and 1.4 dB in HV. The CSK3 signal was observed to be lower than those from TSX and CSK4 by about 2.1 dB and 1.5 dB in HH against 3.2 dB and 1.8 dB in HV, respectively. Moreover, CSK2 and CSK1 which showed slightly different backscatter signals (within 1.1 dB in HH and 1.9 dB in HV) had signal levels lower than those obtained from TSX (2.2-3.3 dB in HH and 3.2-5.1 dB in HV for about 29° incidence angle). These results show that it is currently difficult to use jointly the available X-band satellites (CSK and TSX) for estimating the biophysical parameters of soil or vegetation. This is due to the significant difference in the radar signal level between some of the analyzed satellites, which will cause a high overor underestimation of biophysical parameters

Soil texture estimation over a semiarid area using TerraSAR-X radar data

In this letter, it is proposed to use TerraSAR-X data for analysis and estimation of soil surface texture. Our study is based on experimental campaigns carried out over a semiarid area in North Africa. Simultaneously with TerraSAR-X radar acquisitions, ground measurements (texture, soil moisture, and roughness) were made on different test fields. A strong correlation is observed between soil texture and a processed signal from two radar images, with the first acquired just after a rain event and the second corresponding to dry soil conditions, acquired three weeks later. An empirical relationship is proposed for the retrieval from radar signals of clay content percent. Soil texture mapping is proposed over the study site, which includes bare soils and olive groves

Potential of X-Band Images from High-Resolution Satellite SAR Sensors to Assess Growth and Yield in Paddy Rice

The comprehensive relationship of backscattering coefficient (σ0) values from two current X-band SAR sensors (COSMO-SkyMed and TerraSAR-X) with canopy biophysical variables were investigated using the SAR images acquired at VV polarization and shallow incidence angles. The difference and consistency of the two sensors were also examined. The chrono-sequential change of σ0 in rice paddies during the transplanting season revealed that σ0 reached the value of nearby water surfaces a day before transplanting, and increased significantly just after transplanting event (3 dB). Despite a clear systematic shift (6.6 dB) between the two sensors, the differences in σ0 between target surfaces and water surfaces in each image were comparable in both sensors. Accordingly, an image-based approach using the “water-point” was proposed. It would be useful especially when absolute σ0 values are not consistent between sensors and/or images. Among the various canopy variables, the panicle biomass was found to be best correlated with X-band σ0. X-band SAR would be promising for direct assessments of rice grain yields at regional scales from space, whereas it would have limited capability to assess the whole-canopy variables only during the very early growth stages. The results provide a clear insight on the potential capability of X-band SAR sensors for rice monitoring

Irrigated grassland monitoring using a time series of terraSAR-X and COSMO-skyMed X-Band SAR Data

[Departement_IRSTEA]Territoires [TR1_IRSTEA]SYNERGIE [Axe_IRSTEA]TETIS-ATTOSInternational audienceThe objective of this study was to analyze the sensitivity of radar signals in the X-band in irrigated grassland conditions. The backscattered radar signals were analyzed according to soil moisture and vegetation parameters using linear regression models. A time series of radar (TerraSAR-X and COSMO-SkyMed) and optical (SPOT and LANDSAT) images was acquired at a high temporal frequency in 2013 over a small agricultural region in southeastern France. Ground measurements were conducted simultaneously with the satellite data acquisitions during several grassland growing cycles to monitor the evolution of the soil and vegetation characteristics. The comparison between the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) computed from optical images and the in situ Leaf Area Index (LAI) showed a logarithmic relationship with a greater scattering for the dates corresponding to vegetation well developed before the harvest. The correlation between the NDVI and the vegetation parameters (LAI, vegetation height, biomass, and vegetation water content) was high at the beginning of the growth cycle. This correlation became insensitive at a certain threshold corresponding to high vegetation (LAI ~2.5 m2/m2). Results showed that the radar signal depends on variations in soil moisture, with a higher sensitivity to soil moisture for biomass lower than 1 kg/m². HH and HV polarizations had approximately similar sensitivities to soil moisture. The penetration depth of the radar wave in the X-band was high, even for dense and high vegetation; flooded areas were visible in the images with higher detection potential in HH polarization than in HV polarization, even for vegetation heights reaching 1 m. Lower sensitivity was observed at the X-band between the radar signal and the vegetation parameters with very limited potential of the X-band to monitor grassland growth. These results showed that it is possible to track gravity irrigation and soil moisture variations from SAR X-band images acquired at high spatial resolution (an incidence angle near 30°)

Combinaison de données optique et radar pour l’estimation de l’humidité du sol en milieu agricole

L'humidité du sol est essentielle pour les surfaces agricoles. Des variations importantes d’'humidité du sol peuvent affecter grandement le rendement agricole. L'état hydrique du sol devient donc un facteur important pour la croissance des cultures. Les changements climatiques affectent la disponibilité de l'eau dans les couches du sol. Pour une meilleure gestion du stress hydrique ou de l'asphyxie des plantes, dus respectivement à un manque ou à un excès d'humidité du sol, la mise en œuvre de méthodes de surveillance de l'humidité du sol est nécessaire. Or, l'humidité du sol est très variable dans le temps et l'espace en raison de sa dépendance à plusieurs paramètres dont la texture du sol, les précipitations et la topographie. Par conséquent, la connaissance de la teneur en eau de surface du sol à une échelle spatiale et temporelle élevée présente un grand défi. Ainsi, l’objectif de cette étude est de contribuer à l’amélioration de l’estimation de l’humidité du sol sur les zones agricoles, et ce, en combinant les données satellites radar et optiques à l’aide d’une méthode de détection des changements. L'étude repose sur la complémentarité des données optiques et radar et porte sur l'application d’un algorithme existant sur un site présentant une variabilité suffisante en termes de types de cultures et de texture du sol. L’humidité du sol est estimée à deux niveaux d’échelle : à l’échelle du champ et à l’échelle du pixel (30 m). En outre, une étude est menée pour analyser les limites de l'algorithme. La zone d'étude est le site de l'expérience terrain Soil Moisture Active and Passive (SMAP) tenue au Manitoba en 2016 (SMAPVEX16-MB) en vue de supporter les activités de validation des produits du satellite SMAP. Au cours de cette campagne, les caractéristiques du sol (humidité du sol et rugosité) et les données de végétation (biomasse, LAI, etc.) ont été collectées dans 50 champs, d'environ 800 m x 800 m, chaque. De plus, l’étude bénéficie de données in situ issues de stations permanentes de mesures d’humidité du sol du réseau Realtime In-situ Soil Monitoring for Agriculture (RISMA) et de stations temporaires. La base de données satellitaires est constituée de données radar (Radarsat-2 et Sentinel-1) et de données optiques multi-sources (Sentinel-2, Landsat-8, Rapideye et, Planetscope) afin de garantir une fréquence temporelle élevée (environ sept jours). Les images radar ont été normalisées à un angle d'incidence de 33° pour réduire la dépendance angulaire des coefficients de rétrodiffusion, suivi d'une réduction du chatoiement. Les données optiques fournissent des informations sur la végétation dont la prise en compte facilite l'estimation de l'humidité du sol à partir des données radar. Le coefficient de rétrodiffusion est extrait à l'échelle du champ et du pixel en utilisant les images radar préalablement prétraitées. Ensuite, la différence des coefficients de rétrodiffusion est calculée entre deux acquisitions consécutives, pour une cellule donnée (i, j). L'indice de végétation par différence normalisée (NDVI) calculé à partir des images optiques multi capteurs a été harmonisé pour réduire l'effet des différents paramètres des capteurs, aux deux niveaux d'échelle. Cet indice est également moyenné entre deux acquisitions consécutives pour une cellule donnée (i, j). Pour la méthode de détection des changements adoptée dans cette étude, nous avons représenté, pour chaque niveau d'échelle, la différence des coefficients de rétrodiffusion en fonction du NDVI moyenné entre deux acquisitions consécutives. Enfin, la relation obtenue à partir de cette représentation est utilisée dans une approche itérative pour déterminer l'humidité du sol, à l’échelle du champ et à l’échelle du pixel, pour la prochaine date d'acquisition. Pour effectuer l'itération, l’algorithme considère une valeur d'entrée d'humidité initiale du sol connue. À l'échelle du champ, pour l’ensemble des données, nous avons obtenu un RMSE = 0,07 m^3.m^(-3) et un coefficient de corrélation significatif R = 0,7 (p-value 0,6). Cependant, pour des conditions de faible végétation (NDVI < 0,6), les résultats sont meilleurs avec RMSE = 0,05 m3.m-3 et R = 0,83. À l'échelle du pixel, les résultats sont mauvais, avec un RMSE de 0,13 m3/m3, un coefficient de corrélation faible et non significatif de 0,14 (valeur p < 0,38) pour les NDVI inférieurs à 0,6; et un RMSE de 0,14 m3/m3, un coefficient de corrélation très faible et non significatif de 0,069 (valeur p < 0,48) pour les NDVI supérieurs à 0,6.Abstract : Soil moisture is critical to agricultural land. Variations in soil moisture (low or high) can greatly affect crop yields. Soil moisture status becomes a limiting factor for crop growth. Climate change affects the availability of water in the soil layers. For a better management of water stress or plant asphyxia, due respectively to a lack or an excess of soil moisture, the implementation of soil moisture monitoring methods is necessary. Soil moisture is highly variable in time and space due to its dependence on several parameters including soil texture, precipitation and topography. Therefore, knowledge of soil surface water content at a high spatial and temporal scale presents a great challenge. Thus, the objective of this study is to contribute to the improvement of soil moisture estimation over agricultural areas by combining radar and optical satellite data using a change detection method. The study is based on the complementarity of optical and radar data and focuses on the application of an existing algorithm on a site with sufficient variability in terms of crop types and soil texture. Soil moisture is estimated at two scales: field scale and pixel scale (30 m). In addition, a study is conducted to analyze the limitations of the algorithm. The study area is the site from the 2016 Soil Moisture Active and Passive (SMAP) mission soil moisture validation experiment conducted in Manitoba, Canada (SMAPVEX16-MB). During this campaign, soil characteristics (soil moisture and roughness) and vegetation data (biomass, LAI, etc.) were collected from 50 fields, of approximately 800 m x 800 m, each. In addition, the study benefits from in-situ data from permanent soil moisture stations of the Realtime In-situ Soil Monitoring for Agriculture (RISMA) network and from temporary stations. The satellite database is composed of radar data (Radarsat-2 and Sentinel-1) and multi-source optical data (Sentinel-2, Landsat-8, Rapideye, and Planetscope) in order to ensure a high temporal frequency (about seven days). Radar images were normalized to an incidence angle of 33° to reduce the angular dependence of the backscatter coefficients, followed by speckle reduction. The optical data provide vegetation information that facilitates the estimation of soil moisture from the radar data. The backscatter coefficient is extracted at the field and pixel scales using the pre-processed radar images. Then, the difference in backscatter coefficients is calculated between two consecutive acquisitions, for a given cell (i, j). The normalized difference vegetation index (NDVI) calculated from the multi-sensor optical images was harmonized to reduce the effect of different sensor parameters, at both scale levels. This index is also averaged between two consecutive acquisitions for a given cell (i, j). For the change detection method adopted in this study, we plotted, for each scale level, the difference in backscatter coefficients as a function of NDVI averaged between two consecutive acquisitions. Finally, the relationship obtained from this representation is used in an iterative approach to determine the soil moisture, both at the field and pixel scales, for the next acquisition date. To perform the iteration, the algorithm considers a known initial soil moisture input value. At the field scale, for the entire data set, we obtained an RMSE = 0.07 m3.m−3 and a significant correlation coefficient R = 0.7 (p-value 0.6). However, for low vegetation conditions (NDVI < 0.6), the results are better with RMSE = 0.05 m3.m−3and R = 0.83. At the pixel scale, very poor results are obtained with an RMSE of 0.13 m3/m3, a low and insignificant correlation coefficient of 0.14 (p-value < 0.38) for NDVI below 0.6; and an RMSE of 0.14 m3/m3, a very low and insignificant correlation coefficient of 0.069 (p-value < 0.48) for NDVI above 0.6

Analysis of local variation of soil surface parameters with TerraSAR-X radar data over bare agricultural fields

The objective of this paper is to analyze the sensitivity of very high resolution TerraSAR-X radar data to surface soil parameters over bare soils, and their spatial variability at a fine scale (within field plot). The relationship between the backscattering coefficient and soil parameters (moisture, surface roughness, soil texture and local topography) was examined by means of four images of each of three agricultural plots, taken during several field campaigns in 2008 winter and spring. An estimation of local moisture is proposed, using an empirical method developed at the within field plot scale. The results show that the contribution of TerraSAR-X data, to the retrieval of local variations in soil moisture in bare agricultural fields, permits these to be determined with a root mean square error equal to 5%

Applications of satellite ‘hyper-sensing’ in Chinese agriculture:Challenges and opportunities

Ensuring adequate food supplies to a large and increasing population continues to be the key challenge for China. Given the increasing integration of China within global markets for agricultural products, this issue is of considerable significance for global food security. Over the last 50 years, China has increased the production of its staple crops mainly by increasing yield per unit land area. However, this has largely been achieved through inappropriate agricultural practices, which have caused environmental degradation, with deleterious consequences for future agricultural productivity. Hence, there is now a pressing need to intensify agriculture in China using practices that are environmentally and economically sustainable. Given the dynamic nature of crops over space and time, the use of remote sensing technology has proven to be a valuable asset providing end-users in many countries with information to guide sustainable agricultural practices. Recently, the field has experienced considerable technological advancements reflected in the availability of ‘hyper-sensing’ (high spectral, spatial and temporal) satellite imagery useful for monitoring, modelling and mapping of agricultural crops. However, there still remains a significant challenge in fully exploiting such technologies for addressing agricultural problems in China. This review paper evaluates the potential contributions of satellite ‘hyper-sensing’ to agriculture in China and identifies the opportunities and challenges for future work. We perform a critical evaluation of current capabilities in satellite ‘hyper-sensing’ in agriculture with an emphasis on Chinese sensors. Our analysis draws on a series of in-depth examples based on recent and on-going projects in China that are developing ‘hyper-sensing’ approaches for (i) measuring crop phenology parameters and predicting yields; (ii) specifying crop fertiliser requirements; (iii) optimising management responses to abiotic and biotic stress in crops; (iv) maximising yields while minimising water use in arid regions; (v) large-scale crop/cropland mapping; and (vi) management zone delineation. The paper concludes with a synthesis of these application areas in order to define the requirements for future research, technological innovation and knowledge exchange in order to deliver yield sustainability in China

Développement et validation de méthodologies pour le suivi des états de surface des sols agricoles nus par télédétection radar (bande X)

Le recours à la caractérisation des états hydrique, géométrique et physique de surface du sol est essentiel dans la gestion et la conservation des ressources naturelles dans les régions agricoles semi-aride. Dans ce contexte, les travaux de cette thèse visent à estimer la variabilité spatio-temporelle des paramètres de surfaces agricoles nues (humidité, rugosité et texture) moyennant des données radars multi-temporelles acquises en bande X à haute résolution spatiale. Une nouvelle description de l'état géométrique des sols est d'abord proposée à travers l'estimation d'un nouveau paramètre de rugosité, le paramètre Zg, estimé en fonction de trois paramètres statistiques de rugosité (écart type des hauteurs "s", longueur de corrélation "l" et la forme de la fonction de corrélation). Les simulations des signaux radar montrent une très forte corrélation avec ce paramètre de rugosité. L'apport du paramètre Zg est confirmé à travers une large base de données expérimentale et spatiale acquises sur différents sites en France. Le deuxième volet de cette thèse présente une analyse des sensibilités des signaux radars issus de capteurs (TerraSAR-X et COSMO-SkyMed), aux paramètres de surface (l'humidité et les trois paramètres de rugosité : s, Zs=s2/l et Zg). Une forte corrélation est observée entre les mesures radars acquises à différentes configurations (polarisations HH et VV, et à 26° et 36°d'incidences) et tous les paramètres du sol. Cette analyse est suivie par des comparaisons des coefficients de rétrodiffusion réels et simulés à partir des modèles physique et semi empirique couramment utilisés : Modèle d'équation intégrale " IEM " de Fung et al., 1992, Modèle de Dubois (Dubois et al., 1995) et le Modèle IEM empiriquement calibré par Baghdadi et al., 2011. Le dernier modèle a montré une forte cohérence avec les mesures radar. Dans le troisième volet, une méthode empirique de détection de changement est développée, en combinant les images radars TerraSAR-X avec des données d'humidités ponctuelles dérivées du réseau des 7 capteurs repartis sur la zone d'étude en continue, pour spatialiser l'état hydrique du sol. La performance de l'algorithme proposé, est évaluée et validée sur de nombreuses parcelles de référence. La spatialisation de la teneur en argile des sols est déduite à partir du calcul de la moyenne des cartes de l'état hydrique du sol (une erreur quadratique moyenne équivalent à 108 g/kg). Pour cartographier la rugosité des sols, des relations empiriques reliant le signal radar aux paramètres de rugosité (Ecart type des hauteurs et le paramètre Zg) étaient élaborées. En inversant les mesures radars, les cartes de rugosité qui en résultent, ont permis de distinguer différents états de surface des sols (labourés, dégradés ou en jachère). Dans le dernier volet, un modèle d'estimation du bilan hydrique des sols agricoles nus " MHYSAN " qui simule l'évaporation et l'état hydrique surfacique est développé. Cette dernière partie souligne le potentiel de calibrer un modèle hydrologique des sols en assimilant les produits d'humidité radars.The characterization of geometric, water and physical surface soil parameters for semi-arid regions is a key requirement for sustainable agricultural management and natural resources conservation. In this context, the current study aims to estimate the spatio-temporal variability of soil properties (soil moisture, roughness and texture) using multi-temporal X-band radar images acquired at high spatial resolution over bare agricultural site in Tunisia. In the first section of this work, a new roughness parameter was proposed; it was the Zg parameter which combines the three most commonly used soil parameters: root mean surface height "s", correlation length "l", and correlation function shape, into just one parameter. A strong correlation was observed between this new parameter and the radar backscattering simulations. The parameter Zg was validated using large database acquired at several agricultural sites in France. Secondly, the sensitivity of X-band TerraSAR-X and COSMO-SkyMed sensors to soil moisture and different roughness parameters (s, Zs=s2/l and Zg parameters) was analyzed. The radar measurements acquired at different configurations (HH and VV polarizations, incidence angles of 26° and 36°) were found to be highly sensitive to the various soil parameters of interest. After that, the performance of different physical and semi-empirical backscattering models (IEM, Baghdadi-calibrated IEM and Dubois models) is compared with SAR measurements. Considerable improvements in the IEM model performance were observed using the Baghdadi-calibrated version of this model. Thirdly, an empirical change detection approach was developed using TerraSAR-X data and ground auxiliary thetaprobe network measurements for the retrieval of surface soil moisture at a high spatial resolution. The accuracy of the soil moisture retrieval algorithm was determined, and validated successfully over numerous test fields. Maps of soil clay percentages at the studied site were derived from the mean of the seven soil moisture radar outputs (a root mean square error equal to 108 g/kg). To retrieve surface soil roughness, empirical expressions were established between backscattering TerraSAR-X coefficients data and the roughness parameters (s and Zg). By inversing radar signals, resulting surface roughness maps have revealed that is possible to use spatial roughness variability observations at plot scale to identify soil surface changes between multi-temporal images. Finally, a Bare Soil HYdrological balance Model "MHYSAN" was developed to estimate surface evaporation fluxes and soil moisture time series over our study site. The present section of this work highlighted the feasibility of calibrating our proposed MHYSAN model through the use of multi-temporal TerraSAR-X moisture products

Estimation of water resources on continental surfaces by multi-sensor microwave remote sensing

L'estimació dels recursos hídrics de les superfícies continentals a escala regional i global és fonamental per a una bona gestió dels recursos hídrics. Aquesta estimació cobreix una àmplia gamma de temes i camps, incloent-hi la caracterització dels sòls i dels recursos hídrics a l’escala de la conca, la modelització hidrològica i la predicció i la cartografia d'inundacions. En aquest context, la caracterització dels estats de la superfície continental, per a obtenir millors paràmetres d’entrada als models hidrològics, és essencial per millorar la precisió en la simulació de cabals, sequeres i inundacions. L’estimació del contingut d’aigua en el sistema, incloses les diferents masses d’aigua i l’aigua lliure en el sòl, és especialment necessària per a una descripció precisa dels processos hidrològics i, en general, del cicle de l’aigua a les superfícies continentals. Per caracteritzar millor els processos hidrològics, les intervencions antropogèniques no es poden negligir. L'home influeix en el cicle de l'aigua, principalment mitjançant el reg i la construcció de preses, fet que s’ha de quantificar correctament. L’objectiu de la tesi és la millora de l’estimació remota dels recursos hídrics, incloent-hi la quantificació dels factors antròpics, mitjançant l’ús de diversos sensors llançats recentment, aprofitant recents desenvolupaments en la tecnologia de teledetecció. Amb l'arribada de les constel·lacions Sentinel (Sentinel-1, 2, 3), disposem de millors eines per estimar els recursos hídrics, incloent-hi els impactes humans, amb una major precisió i cobertura. Aquest treball de tesi consta principalment de dues línies de recerca on s’estimen les intervencions humanes en el cicle hidrològic: la cartografia del reg (com a aplicació en humitat del sòl), i el forçament d’embassaments en simulacions hidrològiques (com a aplicació de l’altimetria). En la primera linia s’estima la humitat del sòl a partir de l’anàlisi estadística de les dades SAR de Sentinel-1. Es desenvolupen dues metodologies per obtenir la humitat del sòl amb una resolució espacial de 100 m basant-se en la interpretació de les dades de Sentinel-1 obtingudes amb la polarització VV (vertical-vertical), que es combina amb dades òptiques Sentinel-2 per a l'anàlisi dels efectes de la vegetació. Com aplicació de la humitat del sòl, es cartografia el reg en diverses condicions meteorològiques, i amb una alta resolució espacial i temporal. Es proposa una metodologia per a la cartografia del reg mitjançant dades SAR obtingudes en polaritzacions VV (vertical-vertical) i VH (vertical-horitzontal). A partir de la sèrie temporal Sentinel-1, s’analitzen diferents estadístiques i mètriques, incloent-hi el valor mitjà, la variància del senyal, la longitud de la correlació i la dimensió fractal, a partir dels quals es classifiquen els arbres irrigats, els cultius irrigats i els cultius no irrigats. En la segona línia, s’estima el nivell dels embassaments a partir de les dades d’altimetria de Sentinel-3, amb l’altímetre SAR (SRAL), basant-se en diferents algorismes per millorar la precisió. Aquest estudi presenta tres algorismes especialitzats o retrackers destinats a obtenir el nivell de la superfície dels cossos d’aigua estudiats, minimitzant la contaminació de les formes d’ona degut al sòl que els envolta. Es compara el rendiment del mètode proposat de selecció de la porció d’ona amb tres retrackers, és a dir, un retracker de llindar, el retracker del centre de gravetat (OCOG) i un retracker de base física de dos passos. S’obtenen sèries temporals del nivell de la làmina d’aigua d’embassaments situats a la conca del riu Ebre (Espanya). Com aplicació, les sèries de nivell dels embassaments obtingudes s’utilitzen per a forçar els embassaments en simulacions hidrològiques.La estimación de los recursos hídricos de las superficies continentales a escala regional y global es fundamental para una buena gestión de los recursos hídricos. Esta estimación cubre una amplia gama de temas y campos, incluyendo la caracterización de los suelos y de los recursos hídricos a escala de cuenca, la modelización hidrológica y la predicción y la cartografía de inundaciones. En este contexto, la caracterización de los estados de la superficie continental, para obtener mejores parámetros de entrada para los modelos hidrológicos, es esencial para mejorar la precisión en la simulación de caudales, sequías e inundaciones. La estimación del contenido de agua en el sistema, incluidas las diferentes masas de agua y el agua libre en el suelo, es especialmente necesaria para una descripción precisa de los procesos hidrológicos y, en general, del ciclo del agua en las superficies continentales. Una caracterización precisa de los procesos hidrológicos requiere no descuidar las intervenciones humanas. El hombre influye en el ciclo del agua, principalmente mediante el riego y la construcción de embalses, lo que se debe cuantificar correctamente. El objetivo de la tesis es la mejora de la estimación remota de los recursos hídricos, incluyendo la cuantificación de los factores humanos, mediante el uso de varios sensores lanzados recientemente, aprovechando recientes desarrollos en la tecnología de teledetección. Con la llegada de las constelaciones Sentinel (Sentinel-1, 2, 3), disponemos de mejores herramientas para estimar los recursos hídricos, incluyendo los impactos humanos, con una mayor precisión y cobertura. Este trabajo de tesis consta principalmente en dos ejes de investigación donde se estiman las intervenciones humanas en el ciclo hidrológico: la cartografía del riego (como aplicación en humedad del suelo), y el forzamiento de embalses en simulaciones hidrológicas (como aplicación de la altimetría). En relación al primer eje, se estima la humedad del suelo a partir del análisis estadístico de los datos SAR de Sentinel-1. Se desarrollan dos metodologías para obtener la humedad del suelo con una resolución espacial de 100 m basándose en la interpretación de los datos de Sentinel-1 obtenidas con la polarización VV (vertical-vertical), que se combina con datos ópticas Sentinel-2 para el análisis de los efectos de la vegetación. Como aplicación de la humedad del suelo, se cartografía el riego en diversas condiciones meteorológicas, y con una alta resolución espacial y temporal. Se propone una metodología para la cartografía del riego mediante datos SAR obtenidos en polarizaciones VV (vertical-vertical) y VH (vertical-horizontal). A partir de la serie temporal Sentinel-1, se analizan diferentes estadísticas y métricas, incluyendo el valor medio, la varianza de la señal, la longitud de la correlación y la dimensión fractal, a partir de los cuales se clasifican los árboles irrigados, los cultivos irrigados y los cultivos no irrigados. En el segundo eje, se estima el nivel de los embalses a partir de los datos de altimetría de Sentinel-3, con el altímetro SAR (SRAL), basándose en diferentes algoritmos para mejorar la precisión. Este estudio presenta tres algoritmos especializados o retrackers destinados a obtener el nivel de la superficie de los cuerpos de agua estudiados, minimizando la contaminación de las formas de onda debido al suelo que los rodea. Se compara el rendimiento del método propuesto de selección de la porción de onda con tres retrackers, es decir, un retracker de umbral, el retracker del centro de gravedad (OCOG) y un retracker de base física de dos pasos. Se obtienen series temporales del nivel de la lámina de agua de embalses situados en la cuenca del río Ebro (España). Como aplicación, las series de nivel de los embalses obtenidas se utilizan para forzar los embalses en simulaciones hidrológicas.The estimation of the water resources of the continental surfaces at a regional and global scale is fundamental for good water resources management. This estimation covers a wide range of topics and fields, including the characterisation of soils and water resources at the basin scale, hydrological modelling and flood prediction and mapping. In this context, the characterisation of the states of the continental surface, to obtain better input parameters for hydrological models, is essential to improve the precision in the simulation of flows, droughts, and floods. The estimation of the water content in the system, including the different water bodies and the free water in the soil, is especially necessary for a precise description of the hydrological processes and, in general, of the water cycle on the continental surfaces. To better characterise hydrological processes, human interventions cannot be neglected. Humans influence the water cycle, mainly through irrigation and the construction of reservoirs, which must be correctly quantified. The objective of the thesis is the improvement of the remote estimation of water resources, including the quantification of human factors, using several sensors recently launched, taking advantage of recent developments in remote sensing technology. With the arrival of the Sentinel constellations (Sentinel-1, 2, 3), we have better tools to estimate water resources, including human impacts, with greater precision and coverage. This thesis consists mainly of two parts where human interventions in the water cycle are considered: irrigation cartography (as an application of soil moisture), and the forcing of reservoirs in hydrological simulations (as an application of altimetry). Firstly, soil moisture is estimated from the statistical analysis of Sentinel-1 SAR data. Two methodologies are developed to obtain soil moisture with a spatial resolution of 100 m based on the interpretation of Sentinel-1 data collected with the VV polarization (vertical-vertical), which is combined with optical data of Sentinel-2 for the analysis of the effects of vegetation. Secondly, irrigation is mapped under various meteorological conditions, including high spatial and temporal resolution. A methodology for irrigation mapping is proposed using SAR data obtained in VV (vertical-vertical) and VH (vertical-horizontal) polarizations. With Sentinel-1 time series, different statistics and metrics are analysed, including the mean value, the variance of the signal, the correlation length and the fractal dimension, based on which the classification of irrigated trees, irrigated crops, and non-irrigated crops are derived. Finally, the level of the reservoirs is estimated from the Sentinel-3 altimetry data, with the SAR altimeter (SRAL), based on different algorithms to improve the accuracy. This study presents three specialised algorithms or retrackers designed to obtain the level of the surface of the studied inland bodies of water, minimising the contamination of the waveforms due to the surrounding soil. The performance of the selection method of the proposed wave portion is compared with three retrackers, that is, the centre of gravity retracker (OCOG) and the two-step physical-based retracker. Temporal series of the water level of reservoirs located in the basin of the Ebro River (Spain) are obtained. As an application, the level series of the reservoirs obtained are used to force the reservoirs in hydrological simulations.L'estimation et le suivi des ressources en eau des surfaces continentales aux niveaux régional et global est essentielle pour la gestion du bilan hydrique, particulièrement dans le contexte des changements climatiques et anthropiques. Ils couvrent un large éventail de thèmes et de domaines, incluant la caractérisation des ressources en eau à l'échelle du bassin, la modélisation hydrologique ainsi que la prévision et la cartographie des inondations. Dans ce contexte, la caractérisation des états de surface, en tant que paramètres d’entrée dans les modèles hydrologiques, est essentielle pour obtenir une meilleure précision de la simulation, qui est liée à la précision prévisionnelle des débits des cours d’eau et le suivi des sécheresses et des inondations. L'estimation de la teneur en eau des surfaces continentales, incluant l’état hydrique du sol et les niveaux des surfaces couvertes d’eau, est particulièrement nécessaire pour une description précise des processus hydrologiques et plus généralement du cycle de l'eau sur les surfaces continentales. Afin de mieux comprendre les processus hydrologiques, l'influence humaine (l’effet anthropique) sur le cycle de l'eau nécessite une évaluation fine. Elle est particulièrement liée à la gestion de l’irrigation et la construction de barrages. L'objectif de la thèse était d'améliorer l'estimation des ressources en eau et une meilleure caractérisation des interventions anthropiques à travers l'utilisation de nouveaux capteurs satellitaires multi-configurations du programme européen Copernicus. Avec le développement de la technologie de télédétection spatiale, et plus particulièrement avec l’arrivée des constellations Sentinel (Sentinel-1, 2, 3) à haute résolution spatiale et temporelle, il existe un meilleur outil pour estimer les états des surfaces continentales. Ce travail de thèse comprend principalement deux priorités liées à des interventions humaines dans le cycle hydrologique:la cartographie de l'irrigation en tant que action humaine liée directement à l'humidité du sol et le forçage des barrages dans un modèle de simulation de rivière en tant qu'application liée à l’estimation du niveau de l'eau libre. Un premier axe de recherche a été basé sur une analyse statistique des données SAR Sentinel-1 pour caractériser l’état hydrique du sol. Deux méthodes ont été développées pour estimer ce paramètre avec une résolution spatiale de 100 m. Elles sont basées sur des approches de détection de changement à partir des données Sentinel-1 acquises en polarisation VV (verticale-verticale), combinées aux données optiques Sentinel-2 pour corriger les effets de la végétation. L’application consistait à cartographier l'irrigation, avec des résolutions spatiale et temporelle élevées. Une méthodologie de cartographie de l'irrigation utilisant des données SAR Sentinel-1 a été proposée. Elle estbasée sur les acquisitions en polarisations VV (vertical-vertical) et VH (vertical-horizontal). A partir de la série temporelle des mesures Sentinel-1, des paramètres statistiques tel que la valeur moyenne, la variance du signal, la longueur de corrélation temporelle et la dimension fractale, sont analysées, en fonction du type de culture; cultures annuelles irriguées, arbres irrigués et cultures pluviales. Des classifications supervisées utilisant les approches Random Forest et SVM sont testées. En deuxième axe, l'estimation de la hauteur de la surface de l'eau à partir des données altimétriques de Sentinel-3 avec l’altimètre SAR (SRAL) a été réalisée à l'aide de différents algorithmes afin d'améliorer la précision sur des petites surfaces. Cette étude présente trois algorithmes spécialisés (ou retrackers) dédiées à la minimisation de la contamination des sols par les formes d’ondes permettant de récupérer les niveaux d’eau à partir de données altimétriques SAR sur des masses d’eaux intérieures. Les performances de la méthode de sélection de portion de forme d'onde proposée avec trois retrackers, à savoir, le retracker à seuil, le retracker à centre de gravité décalé (OCOG) et le retracker à base physique à 2 étapes, sont comparées. Des séries chronologiques de niveaux d'eau sont extraites pour les masses d'eau du bassin de l'Èbre (Espagne). Une application des produits altimétriques est proposée. Le produit de niveau d’eau a été utilisé comme paramètre d’entrée pour analyser l’effet tampon des barrages dans les simulations de débits fluviaux