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Améliorer notre compréhension du cycle hydrologique grâce au satellite d'observation de la Terre SMOS
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Décembre 2009
Le cycle de l'eau compte parmi les phénomènes les plus importants qui s'opèrent sur notre planète - soutien de la vie et contrôle des conditions météorologiques et climatiques. Pourtant ce système fondamental est relativement peu compris. Il importe de plus en plus pour les Canadiens de savoir en quoi le changement climatique modifie le cycle hydrologique de la Terre, non seulement pour mieux comprendre les rouages de la planète mais aussi pour être en mesure d'élaborer des politiques environnementales et de prendre des décisions dans ce domaine. Le réchauffement climatique est susceptible d'entraîner des changements dans les profils d'évaporation au-dessus des terres émergées et des océans, augmentant ainsi la teneur en eau de l'atmosphère, ce qui aura une incidence sur les régimes météorologiques. Il s'agit là d'une source de nombreuses préoccupations, particulièrement en ce qui concerne la consommation d'eau et les besoins en agriculture.
En cartographiant de manière régulière et uniforme l'humidité du sol et la salinité des océans, le satellite d'observation de la Terre (OT) SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity), lancé le 2 novembre 2009, vise à mieux faire comprendre le rôle de ces deux variables clés dans la régulation du cycle hydrologique. L'amélioration de la gestion fédérale des ressources en eau grâce aux données d'OT du satellite SMOS donnera aussi au gouvernement du Canada et à ses partenaires l'occasion de réduire les risques de pénurie d'eau, d'inondation, de sécheresse, de dégradation des sols et des écosystèmes côtiers et marins, etc.
SMOS observera aussi la salinité de
l'océan avec une précision de 0,1 usp (unité de salinité pratique) pendant une moyenne de trente jours sur une surface de 200 km x 200 km,
ce qui équivaudrait à détecter 0,1 g de
sel dans un litre d'eau.
Vidéo : Quick Time (4,9 Mo)
(Source : ESA - AOES Medialab, 2009)
SMOS fournira tous les trois jours des données sur l'humidité de la surface du sol à l'échelle de la planète avec une précision de l'ordre de 4 % et une résolution spatiale de 50 km - un peu comme s'il pouvait détecter une cuiller à thé mélangée à une poignée de terre.
Vidéo : Quick Time (14,6 Mo)
(Source : ESA - AOES Medialab, 2009)
En partenariat avec d'autres ministères et organismes canadiens, le programme d'Initiatives Gouvernementales en Observation de la Terre (IGOT) de l'Agence spatiale canadienne (ASC) appuie la recherche, le développement, la démonstration et la mise en oeuvre d'utilisations et d'applications efficaces et efficientes de l'OT dans de multiples domaines, y compris celui de l'eau. De multiples produits reliés à l'humidité du sol et à la salinité des océans seront élaborés par le gouvernement du Canada, dans le cadre du programme IGOT, à partir de données d'OT obtenues à l'aide du satellite SMOS.
Appuyer la gestion du risque en agriculture au Canada
Pour être en mesure de gérer et d'atténuer les risques dans le secteur agricole, il faut savoir comment évaluer le potentiel de risque, mettre en oeuvre des stratégies d'atténuation et fournir des réponses essentielles. La disponibilité de l'eau, plus particulièrement la teneur en eau du sol, peut constituer un facteur de risque important pour ce secteur. Les satellites d'OT, comme SMOS et RADARSAT-2, peuvent améliorer considérablement l'information sur laquelle sont fondées l'évaluation des risques et leur atténuation, ainsi que la réalisation des programmes. Par le truchement du programme IGOT de l'ASC, Agriculture et Agroalimentaire Canada (AAC) entend développer, tester et évaluer des méthodes visant à quantifier des données sur l'humidité de surface du sol dérivées de capteurs satellitaires de pointe, notamment SMOS et RADARSAT-2. Après cette phase de recherche et développement, l'objectif sera de démontrer l'évaluation du risque causé par des conditions extrêmes de l'humidité du sol à l'aide de produits hyperfréquences actifs et passifs.
Estimé volumétrique de l'humidité du sol à partir de données micro-ondes passives AMSR-E: NASA-VUA (Land Parameter Retrieval Model - LPRM) - bandes C et X (Source : AAFC, 2009)
Information sur l'humidité du sol dans la région d'Ottawa dérivée de données RADARSAT-2
(Source : AAFC, 2009)
Mise en oeuvre des systèmes de prévision environnementale canadiens
Index de l'humidité des sols simulé par le système haute résolution de modélisation des surfaces d'Environnement Canada. CaLDAS assimilera les données d'humidité du sol provenant de SMOS.
(Source : EC, 2009)
L'humidité du sol est un paramètre essentiel dans les systèmes de prévision environnementale, y compris ceux que l'on utilise en hydrologie, en agriculture, en foresterie, en évaluation de la qualité de l'air, en météorologie, etc. On ne dispose malheureusement pas d'observations directes de l'humidité du sol permettant d'intégrer ce paramètre important dans les systèmes de prédiction environnementale. Par le truchement du programme IGOT de l'ASC, Environnement Canada (EC) est en train de développer un projet de mise en oeuvre opérationnelle des données sur l'humidité du sol dans ses systèmes de prévision (Operational Implementation of Soil Moisture Data In EC's Prediction System). On cherche à améliorer la représentation de l'humidité du sol en intégrant les mesures en bande L de la mission SMOS au système canadien d'assimilation des données au sol CaLDAS (Canadian Land Assimilation System). Dans le système CaLDAS, on utilisera soit une approche variationnelle simple, soit un filtre de Kalman d'ensemble pour combiner les données SMOS aux résultats issus d'un système de modélisation de surface terrestre en vue de produire une estimation optimale de l'humidité du sol.
Élaboration de produits reliés aux océans canadiens
Carte simulée de salinité saisonnière de la surface des océans obtenue à partir des données du satellite SMOS.
(Source: ESA, 2009)
En 1997, le Canada a adopté une législation d'ensemble sur la gestion des océans, une première dans le monde. En promulguant la Loi sur les océans, le Canada s'est engagé juridiquement à assurer la conservation, la protection et le développement durables des océans. Comprendre les trois océans qui entourent le Canada ainsi que ses voies navigables et ses ressources aquatiques est essentiel si nous voulons assurer leur durabilité. La salinité, conjointement avec la température, détermine la masse volumique de l'eau et est donc intimement liée à la circulation océanique. Elle détermine la profondeur à laquelle l'eau, refroidie en surface pendant l'hiver, peut plonger et est donc intimement liée aussi à la dynamique du climat de la Terre. En raison de son incidence sur la masse volumique, elle contrôle partiellement la stabilité de la couche supérieure mélangée de l'océan, ce qui a d'importantes répercussions physiques et écologiques : il s'agit de l'un des principaux déterminants de l'environnement dans lequel les poissons et autres organismes marins vivent, elle module l'interaction air-océan, y compris les échanges de gaz et de chaleur, et elle permet d'estimer l'ampleur et le sort d'importantes sources d'eau douce (p. ex., rivières, glaces de mer). La salinité est une des variables physiques les plus fondamentales de l'océan. On peut désormais l'observer depuis l'espace grâce au lancement réussi du satellite SMOS et à celui d'Aquarius, prévu pour l'an prochain. Les mesures satellitaires de la salinité de surface des océans doivent être étalonnées et validées avant de pouvoir être exploitées pour répondre aux besoins du gouvernement du Canada. Par le truchement du programme IGOT de l'ASC, le ministère des Pêches et des Océans (MPO) est en train de développer un projet d'étalonnage et de validation des données sur la salinité de surface (2010 Sea Surface Salinity Cal/Val). Il s'agit principalement de valider les mesures SMOS et Aquarius dans les eaux canadiennes, de mettre au point des produits de données sur la salinité de surface des océans (SSS) et de formuler des recommandations à l'ASC concernant une participation à de futures missions SSS opérationnelles.
Recherche de calibre mondial pour le Canada
Dans le cadre du lancement du satellite d'observation de la Terre SMOS, des scientifiques représentant le Centre Virtuel de Salinité Océanique Satellitaire (CFSOS) travaillent à un projet intitulé « Validation de la salinité de surface des océans dans les eaux canadiennes ». Dans le cadre de ce projet, on compte sur la collaboration du ministère des Pêches et des Océans (Institut océanographique de Bedford; Centre des pêches de l'Atlantique Nord-Ouest; Institut des sciences de la mer), de l'Université Memorial et de l'Université York. L'équipe canadienne évaluera la structure à grande échelle des observations de SMOS en se servant de la climatologie saisonnière extraite d'archives de données historiques et en les comparant aux relevés hydrographiques correspondants réalisés en eaux canadiennes. L'équipe de scientifiques examinera également les variations temporelles des observations de SMOS à des endroits particuliers où il est possible de prendre, de façon continue, des mesures in situ de la salinité de surface.
Au sujet du programme IGOT de l'ASC
En dispensant des conseils techniques sur l'utilisation optimale des technologies d'observation de la Terre (OT) supportées par le gouvernement du Canada, le programme IGOT de l'ASC aide à tirer pleinement profit des investissements du gouvernement dans l'espace. Pour plus d'information...
Au sujet du satellite SMOS
Le Canada est un membre coopérant de l'ESA et il a contribué au développement du satellite SMOS. Array Systems Computing Inc. (Toronto, Canada), en collaboration avec Expert Support Labs (ESL), l'ESA et l'ASC, a réussi à développer le processeur de niveau 2 sur l'humidité des sols du satellite SMOS. Les principaux collaborateurs d'ESL étaient CESBIO (France), IPSL SA (France), INRA (France) et l'Université Tor Vergata (Italie). Array Systems a appuyé la validation d'algorithme de niveau 2 qui a permis des améliorations d'algorithme et la société a réussi à développer et à valider un grand nombre de produits de données auxiliaires qui seront utilisés dans le segment au sol. Array Systems et ESL font partie de l'équipe de mise en service SMOS et de l'équipe de soutien pour les activités du segment au sol. Pour plus d'information... (en anglais seulement)
Pour obtenir plus d'information, veuillez communiquer avec :
- guy.aube@asc-csa.gc.ca (Agence spatiale canadienne)
- paul.briand@asc-csa.gc.ca (Agence spatiale canadienne)
- heather.mcnairn@agr.gc.ca (Agriculture et Agroalimentaire Canada)
- stephane.belair@ec.gc.ca (Environnement Canada)
- jim.gower@dfo-mpo.gc.ca (Pêches et Océans)
Références :
- ASC (2009) Bulletin EO-Express, novembre 2009/no 39, St-Hubert
- ESA AOES Medialab (2009) SMOS (disponible en anglais seulement)
- Pêches et Océans (2009) La Stratégie sur les océans du Canada : Nos océans, notre avenir. Ottawa
- Industrie Canada (2009) Réaliser le potentiel des sciences et de la technologie au profit du Canada. Ottawa
