Remote sensing and air quality in urban areas

International audienceThis paper aims at showing the potentialities of the Earth observation (EO) data for the knowledge of the atmospheric pollutants concentration field over metropolitans areas. At present, deterministic modeling and decision support systems only use pollutants maps obtained with mathematical methods. But, given the few scattered stations measuring the pollutants concentrations, an accurate map of the spatial distribution is almost impossible with standard methods. We found a strong correlation between the black smoke (BS) concentrations and data from sensor TM6 of the Landsat satellite. The map derived from the EO data gives errors close to those obtained by standards methods. The representation is nevertheless closer to the real urban environment. In a near future, EO derived products could be treated in near real time in conjunction with pollutants measurements to provide accurate information to decision maker

Satellite data for the air pollution mapping

International audienceThis article investigates the potentials of satellite imagery for the mapping of air quality parameters. Concentrations of black particulates, sulphur dioxide and other pollutants measured in the city of Nantes with ground stations were compared to coincident Landsat TM6 data (thermal infrared band data). The black particulates concentration and the apparent temperature from satellite data are highly correlated. Finally, it is demonstrated that the spatial distribution of the black particulates can be mapped from remotely-sensed data. Possible improvements in precision of the mapping are discussed

SAR imagery in urban area

International audienceThis paper deals with the major factors influencing the detection of urban fabrics in ERS-SAR images. Data, in SLC and PRI format, were acquired over the city of Nantes (West of France). The analysis of the data was performed in conjunction with aerial photographs, maps, meteorological data, as well as a field survey. The way urban fabrics and its environment, the data processing techniques, and the weather conditions affect the radar signal was examined and discussed. It was found that large effects originate from the geometry of urban features, as well as their orientation relative to the spacecraft orbit. This investigation adds evidence of the fact that the specular scattering prevails over the diffuse scattering in urban area. Practical conclusions concerning the capabilities and the limitations of ERS-SAR imagery are drawn

ERS SAR imagery for urban climate studies

International audienceThis study investigates the potentialities of ERS SAR imagery for the urban micro-climate and air quality, over the city of Nantes, France. The temporal variability of the SAR signal over the city has been assessed by analyzing five images in descending mode. Beside the speckle effect, the quality of the signal is highly variable from one image to the other. Meteorological effects. make contrasts between objects and their surroundings to be more or less pronounced. Urban features are mostly present in each image, but the structures are not always well perceived within a single image. It is concluded that it is necessary to have several images. Their redundancy allows a better exploitation of the urban features. Further it decreases the level of speckle. Screening of the average SAR image clearly indicates that the perception of the roads is highly dependent on the flight direction of the spacecraft. The main factors for the perception of the morphological features are the height of the buildings, its orientation relative to the spacecraft orbit, its horizontal surface, its materials. Multiresolution analysis, by means of wavelet transform or structure function, provides a good discrimination between unbuilt areas, residential areas, industrial areas, and large groups of buildings. This preliminary study has demonstrated that urban morphological features and their typologies with relation to the air flow drag were well-perceived in SAR imagery once properly processed. Further studies are required to assess definitely the benefits and the limits of such images in urban micro-climate and air quality

SAR imagery for urban air quality

International audienceThis study focuses on the assessment of the potentialities of the Synthetic Aperture Radar imagery to study urban micro-climate and air quality. In urban area, air quality is quite dependent on the air flow drag which is influenced by the aerodynamic roughness parameters of the ground. These parameters are linked to the urban structural features and their typologies. They characterise the evolution of the vertical wind profile with the altitude. To extract structural features, the structure function (also called variogram) is processed on ERS images of the city of Nantes (France). A classification according to the structure function is done that leads to a mapping of the aerodynamic roughness by allotting a roughness parameter to each class

Télédétection pour la qualité de l'air en milieu urbain

Air quality in urban environment is one of the major concerns of the authorities responsible of cities. Decision-makers need tools allowing the air quality surveillance. Currently, it is impossible to precisely know the spatial distribution of the atmospheric pollutants. Organizations in charge of the air quality stress that there is a need of means to refine this knowledge. Satellite imagery is one of these means; therefore we undertook Ph.D. works in order to bring useful information to practitioners. The analysis of synthetic aperture radar images (SAR), of Nantes city and its suburbs, allows us to determine factors influencing the urban perception in SAR images. From this analysis was derived the idea to map the aerodynamic roughness over the whole city. This parameter, characterizing the local morphology, is necessary to model the dispersion of the pollutants above cities. To do that mapping, we have used the radar imagery alone or used conjointly with the optical imagery. We have undertaken another study focussed on obtaining an innovative method, making use of optical data in the thermal infrared band, in order to map the spatial distribution of the concentration field of suspended particles (black smoke). Factors affecting interactions between pollutants and other spectral bands, visible and infrared, have also been studied. Being concerned about operational methods, with both the radar or optical imagery, the results of the innovating methods are compared to those obtained with conventional ones.La qualité de l'air en milieu urbain fait désormais partie des préoccupations des autorités responsables des grandes agglomérations. Les décideurs ont besoin d'outils permettant la surveillance de la pollution atmosphérique. Actuellement, il est impossible de connaître précisément la distribution spatiale des polluants. Les associations en charge de la qualité de l'air sont donc très intéressées par tous les moyens susceptibles d'affiner cette connaissance. La télédétection est un de ces moyens, aussi nous nous sommes attachés, au cours de cette thèse, à apporter des éléments de réponse utiles aux praticiens. L'analyse d'images-radar à synthèse d'ouverture (RSO), de l'agglomération nantaise, nous a permis de définir les facteurs influençant la perception de l'environnement urbain dans les images-radar. De cette analyse a découlé une étude pour cartographier la rugosité aérodynamique sur toute la ville. Ce paramètre, caractérisant la morphologie locale, est nécessaire à la modélisation de la dispersion des polluants au-dessus des villes. Nous avons utilisé pour cette cartographie des images-radar seules ou employées conjointement à l'imagerie optique. Une autre étude a été menée visant à obtenir une méthode innovante, faisant usage des données optiques en infrarouge thermique, pour cartographier la distribution spatiale du champ de concentration des particules en suspension (fumées noires). Des facteurs pouvant influencer les interactions entre les polluants et les autres bandes spectrales, du visible et de l'infrarouge, ont été étudiés. Dans un souci d'opérationnalité, que ce soit avec l'imagerie radar ou optique, les résultats des nouvelles méthodes ont été comparés avec ceux obtenus avec des méthodes conventionnelles

Télédétection pour la qualité de l'air en milieu urbain

La qualité de l'air en milieu urbain fait désormais partie des préoccupations des autorités responsables des grandes agglomérations. Les décideurs ont besoin d'outils permettant la surveillance de la pollution atmosphérique. Actuellement, il est impossible de connaître précisément la distribution spatiale des polluants. Les associations en charge de la qualité de l'air sont donc très intéressées par tous les moyens susceptibles d'affiner cette connaissance. La télédétection est un de ces moyens, aussi nous nous sommes attachés, au cours de cette thèse, à apporter des éléments de réponse utiles aux praticiens. L'analyse d'images-radar à synthèse d'ouverture (RSO), de l'agglomération nantaise, nous a permis de définir les facteurs influençant la perception de l'environnement urbain dans les images-radar. De cette analyse a découlé une étude pour cartographier la rugosité aérodynamique sur toute la ville. Ce paramètre, caractérisant la morphologie locale, est nécessaire à la modélisation de la dispersion des polluants au-dessus des villes. Nous avons utilisé pour cette cartographie des images-radar seules ou employées conjointement à l'imagerie optique. Une autre étude a été menée visant à obtenir une méthode innovante, faisant usage des données optiques en infrarouge thermique, pour cartographier la distribution spatiale du champ de concentration des particules en suspension (fumées noires). Des facteurs pouvant influencer les interactions entre les polluants et les autres bandes spectrales, du visible et de l'infrarouge, ont été étudiés. Dans un souci d'opérationnalité, que ce soit avec l'imagerie radar ou optique, les résultats des nouvelles méthodes ont été comparés avec ceux obtenus avec des méthodes conventionnelles.NICE-BU Sciences (060882101) / SudocSOPHIA ANTIPOLIS-Mines ParisTech (061522302) / SudocSudocFranceF