Validation des réflectances marines satellitaires à l'aide de bouées océanographiques automatisées

RÉSUMÉ: Pour acquérir des paramètres bio-optiques à partir de données de télédétection de la couleur océanique, le signal mesuré par capteur doit être corrigé pour la contribution atmosphérique. En effet, le rayonnement solaire réfléchi par les molécules d'air et les aérosols atmosphériques est significatif dans les bandes de longueurs d’onde d’intérêt pour les applications de la couleur de l’océan. L'élimination de la contribution atmosphérique est appelée la correction atmosphérique (CA). Le problème de CA est potentiellement important dans les eaux très productives et influencées par les apports terrigènes comme l’estuaire du Saint-Laurent. L’objectif principal de ce mémoire de recherche est d’évaluer la précision et l’exactitude de la CA appliquée aux données des capteurs MODIS-Aqua (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) et VIIRS (Visible and Infrared Imager/Radiometer Suite) à partir de données radiométriques in situ d’une bouée automatisée mouillée dans l’estuaire maritime du Saint-Laurent. L’hypothèse de recherche est que la méthode de CA standard de la National Aeronautics and Space Administration (NASA) tend à sous-estimer la réflectance marine (Rrs) dans les courtes longueurs d'onde en raison de la turbidité des eaux. Les indicateurs statistiques dérivés de la comparaison entre les Rrs satellitaires et les Rrs in situ ont montré des résultats relativement similaires à ceux obtenus dans les études précédentes concernant les eaux de Cas-2, avec des erreurs relatives allant de 21% dans la bande verte (551 nm) de VIIRS à 152% dans la bande violette (412 nm) de MODIS-Aqua. Cependant, un biais négatif systématique a été observé pour toutes les longueurs d'onde et ce pour les deux capteurs satellitaires évalués. La précision des algorithmes globaux et régionaux pour obtenir la concentration de chlorophylle-a (Chl-a) a également été évaluée. Les résultats montrent que les algorithmes globaux surestiment la Chl-a lorsque les concentrations sont inférieures à 6 mg.m-3 et que cette surestimation est exacerbée par les erreurs systématiques de la CA. En somme, les résultats de cette étude montrent clairement qu’une stratégie (nouveaux algorithmes de CA ou ajustement vicaire de l’étalonnage des capteurs) se doit d’être mise en place pour résoudre le biais systématique observé dans les données distribuées par la NASA pour l’estuaire maritime du Saint-Laurent. -- Mot(s) clé(s) en français : couleur de l’océan, réflectance marine, chlorophylle-a, correction atmosphérique, MODIS-Aqua, VIIRS, OCR_IML-4, validation, estuaire maritime du Saint-Laurent, Cas-2. -- ABSTRACT: To acquire bio-optical parameters from ocean color remote sensing data, the measured top-of-atmosphere signal must be corrected for atmospheric contribution. Indeed, solar radiation reflected by air molecules and atmospheric aerosols is significant in the wavebands of interest for ocean color applications. Elimination of atmospheric contribution in the data processing is called atmospheric correction (AC). The AC problem is potentially significant in highly productive waters influenced by terrigenous inputs such as the St. Lawrence estuary. The main objective of this research was to evaluate the precision and accuracy of the AC applied to MODIS-Aqua (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) and VIIRS (Visible and Infrared Imager / Radiometer Suite) sensors using in situ radiometric data of an automated buoy moored in the Lower St. Lawrence Estuary. The research hypothesis was that the National Aeronautics and Space Administration (NASA) standard AC algorithm tends to underestimate marine reflectance (Rrs) at short wavebands due to water turbidity. The statistical indicators derived from the comparison between satellite Rrs and in situ Rrs showed relatively similar results to those obtained in previous Cas-2 waters validation exercises with relative errors ranging from 21% in the green band (551 nm) of VIIRS to 152% in the violet band (412 nm) of MODIS-Aqua. However, a systematic negative bias was observed for all wavelengths for the two satellite sensors evaluated. The accuracy of the global and regional algorithms to estimate the concentration of chlorophyll-a (Chl-a) was also evaluated. The results show that global algorithms overestimate Chl-a when concentrations are less than 6 mg.m-3 and that this overestimation is exacerbated by systematic AC errors. In summary, the results of this study clearly show that a strategy (new AC algorithms or vicarial adjustment of sensor calibration) has to be implemented to solve the systematic bias observed in the data distributed by NASA for the St-Lawrence Estuary. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Ocean color, remote sensing reflectance, chlorophyll, atmospheric correction, MODIS-Aqua, VIIRS, OCR_IML-4, validation, Saint-Lawrence Lower Estuary, Case – 2

Costos mínimos de compensación y cuantificación de la oferta hídrica en la cuenca alta del río Sauce Grande, Argentina

El objetivo del trabajo fue estimar los costos de aumentar la oferta de disponibilidad hídrica a través del cambio en las prácticas de uso del suelo, para establecer el monto mínimo de compensación de un futuro Sistema de Pagos por Servicios Ambientales, dentro del territorio perteneciente a la cuenca alta del río Sauce Grande. Se trabajó en tres etapas: simulación de la infiltración para diferentes tormentas a través de la aplicación del modelo hidrológico HEC-HMS, cálculo de costos de reconversión de sistemas productivos y cálculo del costo del incremento en la disponibilidad de agua. Como resultados se presentan los mapas temáticos necesarios para simular la infiltración y las tablas que muestran esta variación en distintas recurrencias de tormenta y diferentes prácticas de manejo del suelo. Para la recurrencia 1:1 el costo de oportunidad fue de U$S 1.21.m-3, para la recurrencia de 1:3 fue de U$S 0.73.m-3, hasta llegar a la tormenta cuyo costo fue de U$S 0.62.m-3. Se concluye que estos costos permiten apoyar la planificación del recurso hídrico a través de un PSA y que para avanzar se debe realizar una valoración contingente para establecer la disponibilidad a pagar por los usuarios del servicio ambiental de la cuenca.Fil: Carrascal Leal, Claudia Cecilia. Universidad Nacional de la Plata;Fil: Denegri, Gerardo Andres. Universidad Nacional de la Plata;Fil: Delgado, María Isabel. Universidad Nacional de la Plata; Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Cs.agrarias y Forestales. Departamento de Ambiente y Recursos Naturales. Cat.de Manejo de Cuencas Hidrograficas; Argentina

Minimum compensation costs and quantification of water supply in the upper watershed of the Sauce Grande River, Argentina

El objetivo del trabajo fue estimar los costos de aumentar la oferta de disponibilidad hídrica a través del cambio en las prácticas de uso del suelo, para establecer el monto mínimo de compensación de un futuro Sistema de Pagos por Servicios Ambientales, dentro del territorio perteneciente a la cuenca alta del río Sauce Grande. Se trabajó en tres etapas: simulación de la infiltración para diferentes tormentas a través de la aplicación del modelo hidrológico HEC-HMS, cálculo de costos de reconversión de sistemas productivos y cálculo del costo del incremento en la disponibilidad de agua. Como resultados se presentan los mapas temáticos necesarios para simular la infiltración y las tablas que muestran esta variación en distintas recurrencias de tormenta y diferentes prácticas de manejo del suelo. Para la recurrencia 1:1 el costo de oportunidad fue de U$S 1.21.m-3, para la recurrencia de 1:3 fue de U$S 0.73.m-3, hasta llegar a la tormenta cuyo costo fue de U$S 0.62.m-3. Se concluye que estos costos permiten apoyar la planificación del recurso hídrico a través de un PSA y que para avanzar se debe realizar una valoración contingente para establecer la disponibilidad a pagar por los usuarios del servicio ambiental de la cuenca.The aim of this work was to estimate the monetary cost of increasing water supply due to a change in current land use, in order to establish the minimum compensation costs for a future System of Payments for Environmental Services in the Upper Watershed of the Sauce Grande River. The work involved three steps: simulation of the infiltration for different rainfalls applying the hydrologic model HECHMS, calculation of the cost of changing the productive systems and estimation of the cost of increasing water supply. Results consisted of the thematic maps needed for simulations and the tables that showed variation between rainfalls with different recurrence intervals and different land use. For the recurrence of 1:1 the cost of opportunity was U$S 1.21.m-3, for the recurrence of 1:3 was U$S 0.73.m-3 and the lowest cost found was of U$S 0.62.m-3. We concluded that these costs will support future planning on the use of water resource within a system of Payments for Environmental Services, but it is also important to considerate that a contingent valuation is needed in order to establish the people`s will to pay for the use of this resource in the watershed.Facultad de Ciencias Agrarias y Forestale

Minimum compensation costs and quantification of water supply in the upper watershed of the Sauce Grande River, Argentina

El objetivo del trabajo fue estimar los costos de aumentar la oferta de disponibilidad hídrica a través del cambio en las prácticas de uso del suelo, para establecer el monto mínimo de compensación de un futuro Sistema de Pagos por Servicios Ambientales, dentro del territorio perteneciente a la cuenca alta del río Sauce Grande. Se trabajó en tres etapas: simulación de la infiltración para diferentes tormentas a través de la aplicación del modelo hidrológico HEC-HMS, cálculo de costos de reconversión de sistemas productivos y cálculo del costo del incremento en la disponibilidad de agua. Como resultados se presentan los mapas temáticos necesarios para simular la infiltración y las tablas que muestran esta variación en distintas recurrencias de tormenta y diferentes prácticas de manejo del suelo. Para la recurrencia 1:1 el costo de oportunidad fue de U$S 1.21.m-3, para la recurrencia de 1:3 fue de U$S 0.73.m-3, hasta llegar a la tormenta cuyo costo fue de U$S 0.62.m-3. Se concluye que estos costos permiten apoyar la planificación del recurso hídrico a través de un PSA y que para avanzar se debe realizar una valoración contingente para establecer la disponibilidad a pagar por los usuarios del servicio ambiental de la cuenca.The aim of this work was to estimate the monetary cost of increasing water supply due to a change in current land use, in order to establish the minimum compensation costs for a future System of Payments for Environmental Services in the Upper Watershed of the Sauce Grande River. The work involved three steps: simulation of the infiltration for different rainfalls applying the hydrologic model HECHMS, calculation of the cost of changing the productive systems and estimation of the cost of increasing water supply. Results consisted of the thematic maps needed for simulations and the tables that showed variation between rainfalls with different recurrence intervals and different land use. For the recurrence of 1:1 the cost of opportunity was U$S 1.21.m-3, for the recurrence of 1:3 was U$S 0.73.m-3 and the lowest cost found was of U$S 0.62.m-3. We concluded that these costs will support future planning on the use of water resource within a system of Payments for Environmental Services, but it is also important to considerate that a contingent valuation is needed in order to establish the people`s will to pay for the use of this resource in the watershed.Facultad de Ciencias Agrarias y Forestale

Minimum compensation costs and quantification of water supply in the upper watershed of the Sauce Grande River, Argentina

El objetivo del trabajo fue estimar los costos de aumentar la oferta de disponibilidad hídrica a través del cambio en las prácticas de uso del suelo, para establecer el monto mínimo de compensación de un futuro Sistema de Pagos por Servicios Ambientales, dentro del territorio perteneciente a la cuenca alta del río Sauce Grande. Se trabajó en tres etapas: simulación de la infiltración para diferentes tormentas a través de la aplicación del modelo hidrológico HEC-HMS, cálculo de costos de reconversión de sistemas productivos y cálculo del costo del incremento en la disponibilidad de agua. Como resultados se presentan los mapas temáticos necesarios para simular la infiltración y las tablas que muestran esta variación en distintas recurrencias de tormenta y diferentes prácticas de manejo del suelo. Para la recurrencia 1:1 el costo de oportunidad fue de U$S 1.21.m-3, para la recurrencia de 1:3 fue de U$S 0.73.m-3, hasta llegar a la tormenta cuyo costo fue de U$S 0.62.m-3. Se concluye que estos costos permiten apoyar la planificación del recurso hídrico a través de un PSA y que para avanzar se debe realizar una valoración contingente para establecer la disponibilidad a pagar por los usuarios del servicio ambiental de la cuenca.The aim of this work was to estimate the monetary cost of increasing water supply due to a change in current land use, in order to establish the minimum compensation costs for a future System of Payments for Environmental Services in the Upper Watershed of the Sauce Grande River. The work involved three steps: simulation of the infiltration for different rainfalls applying the hydrologic model HECHMS, calculation of the cost of changing the productive systems and estimation of the cost of increasing water supply. Results consisted of the thematic maps needed for simulations and the tables that showed variation between rainfalls with different recurrence intervals and different land use. For the recurrence of 1:1 the cost of opportunity was U$S 1.21.m-3, for the recurrence of 1:3 was U$S 0.73.m-3 and the lowest cost found was of U$S 0.62.m-3. We concluded that these costs will support future planning on the use of water resource within a system of Payments for Environmental Services, but it is also important to considerate that a contingent valuation is needed in order to establish the people`s will to pay for the use of this resource in the watershed.Facultad de Ciencias Agrarias y Forestale

Validation des réflectances marines satellitaires à l'aide de bouées océanographiques automatisées

RÉSUMÉ: Pour acquérir des paramètres bio-optiques à partir de données de télédétection de la couleur océanique, le signal mesuré par capteur doit être corrigé pour la contribution atmosphérique. En effet, le rayonnement solaire réfléchi par les molécules d'air et les aérosols atmosphériques est significatif dans les bandes de longueurs d’onde d’intérêt pour les applications de la couleur de l’océan. L'élimination de la contribution atmosphérique est appelée la correction atmosphérique (CA). Le problème de CA est potentiellement important dans les eaux très productives et influencées par les apports terrigènes comme l’estuaire du Saint-Laurent. L’objectif principal de ce mémoire de recherche est d’évaluer la précision et l’exactitude de la CA appliquée aux données des capteurs MODIS-Aqua (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) et VIIRS (Visible and Infrared Imager/Radiometer Suite) à partir de données radiométriques in situ d’une bouée automatisée mouillée dans l’estuaire maritime du Saint-Laurent. L’hypothèse de recherche est que la méthode de CA standard de la National Aeronautics and Space Administration (NASA) tend à sous-estimer la réflectance marine (Rrs) dans les courtes longueurs d'onde en raison de la turbidité des eaux. Les indicateurs statistiques dérivés de la comparaison entre les Rrs satellitaires et les Rrs in situ ont montré des résultats relativement similaires à ceux obtenus dans les études précédentes concernant les eaux de Cas-2, avec des erreurs relatives allant de 21% dans la bande verte (551 nm) de VIIRS à 152% dans la bande violette (412 nm) de MODIS-Aqua. Cependant, un biais négatif systématique a été observé pour toutes les longueurs d'onde et ce pour les deux capteurs satellitaires évalués. La précision des algorithmes globaux et régionaux pour obtenir la concentration de chlorophylle-a (Chl-a) a également été évaluée. Les résultats montrent que les algorithmes globaux surestiment la Chl-a lorsque les concentrations sont inférieures à 6 mg.m-3 et que cette surestimation est exacerbée par les erreurs systématiques de la CA. En somme, les résultats de cette étude montrent clairement qu’une stratégie (nouveaux algorithmes de CA ou ajustement vicaire de l’étalonnage des capteurs) se doit d’être mise en place pour résoudre le biais systématique observé dans les données distribuées par la NASA pour l’estuaire maritime du Saint-Laurent. -- Mot(s) clé(s) en français : couleur de l’océan, réflectance marine, chlorophylle-a, correction atmosphérique, MODIS-Aqua, VIIRS, OCR_IML-4, validation, estuaire maritime du Saint-Laurent, Cas-2. -- ABSTRACT: To acquire bio-optical parameters from ocean color remote sensing data, the measured top-of-atmosphere signal must be corrected for atmospheric contribution. Indeed, solar radiation reflected by air molecules and atmospheric aerosols is significant in the wavebands of interest for ocean color applications. Elimination of atmospheric contribution in the data processing is called atmospheric correction (AC). The AC problem is potentially significant in highly productive waters influenced by terrigenous inputs such as the St. Lawrence estuary. The main objective of this research was to evaluate the precision and accuracy of the AC applied to MODIS-Aqua (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) and VIIRS (Visible and Infrared Imager / Radiometer Suite) sensors using in situ radiometric data of an automated buoy moored in the Lower St. Lawrence Estuary. The research hypothesis was that the National Aeronautics and Space Administration (NASA) standard AC algorithm tends to underestimate marine reflectance (Rrs) at short wavebands due to water turbidity. The statistical indicators derived from the comparison between satellite Rrs and in situ Rrs showed relatively similar results to those obtained in previous Cas-2 waters validation exercises with relative errors ranging from 21% in the green band (551 nm) of VIIRS to 152% in the violet band (412 nm) of MODIS-Aqua. However, a systematic negative bias was observed for all wavelengths for the two satellite sensors evaluated. The accuracy of the global and regional algorithms to estimate the concentration of chlorophyll-a (Chl-a) was also evaluated. The results show that global algorithms overestimate Chl-a when concentrations are less than 6 mg.m-3 and that this overestimation is exacerbated by systematic AC errors. In summary, the results of this study clearly show that a strategy (new AC algorithms or vicarial adjustment of sensor calibration) has to be implemented to solve the systematic bias observed in the data distributed by NASA for the St-Lawrence Estuary. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Ocean color, remote sensing reflectance, chlorophyll, atmospheric correction, MODIS-Aqua, VIIRS, OCR_IML-4, validation, Saint-Lawrence Lower Estuary, Case – 2