Literature analysis of SWOT mission from geodetic perspective

Satellite radar altimeter has been used for nearly twenty years to observe the variety of the global ocean surface topography. It has advanced our understanding of global ocean circulation and sea level change. However the conventional radar altimeter can not resolve the submesoscale features in the oceans because of its large spacing between satellite ground tracks and coarse ground resolution. On the other hand altimetry technique is expected to be able to observe large rivers, lakes and monitor the storage of freshwater on land. These new challenges require a new technique and a new mission. In 2016 a satellite mission called Surface Water and Ocean Topography (SWOT) will be launched by NASA and CNES according to plan. This term paper will summarize the general measurement principle, orbit design issues and applications of SWOT in the literature.Die Satelliten-Radar-Altimetrie wird seit fast zwanzig Jahren zur Beobachtung der Änderung der globalen Ozeanoberflächentopografie verwendet. Sie hat unser Verständnis von globaler Ozeanzirkulation und Meeresspiegeländerung verbessert. Die konventionale Radar-Altimetrie kann jedoch die Merkmale von Ozeanen wegen ihrer großen Distanz zwischen Bodenspuren und grober Bodenauflösung nicht im Submesoskalenbereich auflösen. Auf der anderen Seite wird erwartet, dass die Altimetrie die Beobachtung großer Flüsse und Seen sowie die Überwachung der Süßwasserspeicherung an Land ermöglicht. Diese Herausforderung verlangt eine neue Mission mit neuer Technik. Im Jahre 2016 soll nach den Plänen von NASA und CNES eine neue Satellitenmission namens Surface Water and Ocean Topography (SWOT) gestartet werden. Diese Studienarbeit fasst das in der Literatur beschriebene grundlegende Messprinzip, das Bahndesign und einigen Anwendungen von SWOT zusammen

Apport de l'altimétrie radar (SWOT) pour la modélisation hydrologique à l'aide du modèle WRF-Hydro

La mission satellitaire Surface Water Ocean Topography (SWOT), dont le lancement est prévu en décembre 2022, offrira la possibilité de mesurer les changements affectant les bilans hydriques des stocks d’eau (250m × 250m) y compris les zones où l’on dispose peu d’informations. L’objectif principal de ce projet est d’évaluer la plus-value du futur satellite SWOT pour l’étude du bilan hydrique du réservoir Eastmain-1 à l’aide du modèle spatialisé Weather Research and Forecasting hydrological model (WRF-Hydro) qui combine les données météorologiques et hydrologiques. La démarche de travail du présent projet comprend trois étapes. La première étape consiste à la mise en œuvre du modèle hydrologique WRF-Hydro sur le bassin versant de la rivière Eastmain-1, qui se situe dans le nord du Québec, Canada avec une superficie de 25 850 km². Ce bassin versant est occupé par un réservoir (Eastmain-1) de 603 km² utilisé pour la production hydroélectrique. La deuxième étape consiste à générer les produits synthétiques à l’aide du simulateur SWOT-LS et à analyser le biais entre celles-ci et les niveaux d’eau observés par les limnimètres. La troisième étape de l’approche sert à intégrer les données du simulateur au modèle WRF-Hydro par insertion directe, afin d’améliorer l’estimation du bilan hydrique du réservoir Eastmain-1. Les résultats ont montré que le modèle WRF-Hydro est capable de simuler les débits naturels du bassin versant étudié et de fermer le bilan hydrique du réservoir. Les résultats synthétiques du simulateur SWOT-LS respectent le requis en précision verticale pour les niveaux d’eau. Le biais calculé sur les niveaux d’eau simulés se situe dans l’enveloppe de 1 cm et ne dépasse pas une valeur maximale de 4 cm. L’insertion directe des niveaux et des étendues d’eau, aux dates des passages orbitaux du satellite SWOT, est capable d’améliorer l’estimation du bilan hydrique calculé par le modèle WRF-Hydro. L’insertion directe des niveaux d’eau a généré des résultats satisfaisants. L’insertion des niveaux et des étendues d’eau apporte une valeur ajoutée quant à l’estimation du bilan hydrique. Toutefois, ce gain reste limité. L’insertion des superficies d’eau seule, sans les niveaux d’eau, génère des résultats non concluants. Les produits du satellite SWOT ne seront pas disponibles en temps réel, mais il y aura un temps de latence (délai entre l’acquisition et la disponibilité des données) de trois jours étant donné les traitements nécessaires. Des simulations ont été réalisées en tenant compte de ce temps de latence. Le temps de latence des images SWOT ajoute 3 mm à l’erreur quadratique moyenne calculée sur les niveaux d’eau simulés. Ainsi, l’intégration des données SWOT s’avère concluante pour améliorer le bilan hydrique du réservoir Eastmain-1 simulé avec le modèle WRF-Hydro