Évaluation du potentiel de la méthode par différence de phase copolaire de l’onde radar (CPD) en bande-X pour l’extraction de l’épaisseur du couvert nival arctique

• Main Author: Voglimacci-Stephanopoli, Joëlle
• Other Authors: Langlois, Alexandre, Lantuit, Hugues
• Format: Other/Unknown Material
• Language: French; English
• Published: Université de Sherbrooke 2021
• Subjects: Arctique; Radar; Neige; Télédétection; Arctic; Herschel Island; Arctique*; Global warming
• Online Access: http://hdl.handle.net/11143/18751

Les changements d'état du manteau neigeux dans le contexte de réchauffement global observé doivent être pris en compte pour améliorer notre compréhension empirique des processus régissant les interactions thermiques et radiatives au sein de la cryosphère. La variabilité spatio-temporelle du couvert nival fait en sorte que l’approche d’acquisition de données par les techniques traditionnelles, telle que la prise de mesure ponctuelle sur le terrain, ne peut répondre en totalité aux questions de recherche à l’échelle globale (Bokhorst et al., 2016). Cette variabilité est une des contraintes principales dans le développement de modèles auxquelles les micro-ondes actives (radar à ouverture synthétique - RSO) peuvent répondre en surpassant les méthodes utilisant les micro-ondes passives en termes de résolution spatiale. Le suivi à haute résolution spatiale de l'épaisseur de la neige (SD) permettrait une meilleure paramétrisation des processus locaux qui dirigent la variabilité spatiale de la neige, qui est une limitation connue pour le développement de modèles dans ces régions (Domine et al., 2018; King et al., 2018; Meloche et al., 2020). L’objectif général de l’étude est donc d’évaluer le potentiel du capteur TerraSAR-X (TSX) avec la méthode de changement de phase copolaire de l’onde (CPD) pour la caractérisation du couvert nival à haute résolution spatiale. Pour l’atteinte de cet objectif, les étapes suivantes ont été réalisées : (i) Quantifier la variabilité spatio-temporelle des propriétés géophysiques et de l’épaisseur du manteau neige dans un bassin versant arctique; (iii) Quantifier l’évolution de la neige en fonction de la couverture du sol et (iii) Corréler le signal du satellite TSX à l’épaisseur de neige en fonction des informations issues des propriétés nivales mesurée en (i) et les liens avec la couverture du sol quantifié en (ii). Cette étude a été la première à effectuer une caractérisation complète de la neige couvrant l'île Herschel, combinée à des données SAR. Grâce à l’utilisation d’une carte à haute résolution spatiale du couvert végétal disponible au projet, nous avons pu quantifier la variabilité de l’épaisseur de neige ainsi que l’index topographique d’humidité du sol (TWI). Le TWI a permis de mieux comprendre l’interaction onde-sol où un angle d'incidence élevé avec un TWI élevé (>7,0) permet d'extraire une corrélation entre l’épaisseur de neige et le CPD. Les travaux futurs devraient porter sur le développement d’un seuil de sensibilité du CPD au TWI et à l'angle d'incidence afin de cartographier l'épaisseur de la neige dans de tels environnements et d'évaluer le potentiel de l'utilisation d'outils d'interpolation pour compléter les cartes d’épaisseur de neige où l’approche par CPD n’est pas possible. Abstract : Changes in the state of the snowpack in the context of observed global warming must be considered to improve our empirical understanding of the processes governing thermal and radiative interactions within the cryosphere. The spatiotemporal variability of the snowpack means that the data acquisition approach using traditional techniques, such as point measurements in the field, cannot fully address global-scale research questions (Bokhorst et al., 2016). This variability is one of the primary constraints in model development that active microwaves (synthetic aperture radar - SAR) can address by outperforming methods using passive microwaves in terms of spatial resolution. High spatial resolution monitoring of snow depth (SD) would allow for better parameterization of local processes that drive the spatial variability of snow, which is a known limitation for model development in these regions (Domine et al., 2018; King et al., 2018; Meloche et al., 2020). The overall objective of the study is therefore to evaluate the potential of the TerraSAR-X (TSX) sensor with the wave copolar phase difference (CPD) method for characterizing snow cover at high spatial resolution. To achieve this objective, the following steps were performed: (i) Quantify the spatio-temporal variability of geophysical properties and snowpack depth in an Arctic watershed; (ii) Quantify the evolution of snow as a function of land cover; and (iii) Correlate the TSX satellite signal to snow depth based on information from snow properties measured in (i) and the links to land cover quantified in (ii). This study was the first to perform a complete characterization of the snow covering Herschel Island, combined with SAR data. Using a high spatial resolution vegetation classification available to the project, we were able to quantify the variability of snow depth as well as the topographic soil wetness index (TWI). The TWI provided a better understanding of the electromagnetic wave-ground interaction where a high incidence angle with a high TWI (>7.0) allows us to extract a correlation between snow depth and CPD. Future work should focus on developing a threshold for the sensitivity of CPD to TWI and incidence angle to map snow depth in such environments and to evaluate the potential of using interpolation tools to supplement snow depth maps where the CPD approach is not possible.