Sequential assimilation of SAR ERS data in a surface hydric model coupled to a global hydrological model with an extended Kalman filter
Résumé
A first attempt of sequential assimilation of SAR/ERS estimations of surface soil moisture in a global conceptual hydrological model has been conducted. The methodology developed is based on the use of an Extended Kalman Filter to assimilate the SAR retrievals in a two-layers surface hydric model coupled with a conceptual lumped rainfall-runoff model. This model is implemented on the Orgeval watershed, a small agricultural catchment (104km2) at about 70km East of Paris (France). The surface model has been developed in order to simulate the water content in a surface layer representative of the SAR measurements, the infiltration to the underground and the run-off. The transfers in the underground are routed by the hydrological model (GR type model developed at CEMAGREF-Hydrology department). The assimilation has been tested on a two-year period (1996-1997) corresponding to 25 SAR measurements. The drifts of the model are corrected in the course of time by adjusting simulated soil water contents when a measurement is available. The improvements provided by the assimilation of SAR data in the surface model will be shown on the simulation of both hydric surface variables and streamflows. The Kalman filter also allows correcting the errors due to imprecision in the input data of the model (precipitation and potential evapotranspiration).
Une première tentative d'assimilation séquentielle à partir d'estimations d'humidité de surface du sol provenant de données ROS/ERS dans un modèle hydrologique global a été menée. La méthodologie développée est basée sur l'utilisation d'un filtre de Kalman étendu pour assimiler les inversions de données ROS dans un schéma hydrologique de surface à deux couches couplé avec un modèle global conceptuel pluie-débit. Ce modèle a été appliqué au bassin versant de l'Orgeval, un petit bassin agricole (104km2) situé à 70km à l'est de Paris (France). Le schéma de surface a été développé afin de simuler le contenu en eau d'une couche de surface du sol représentative des mesures ROS, l'infiltration dans la couche profonde et le ruissellement de surface. La fonction de transfert a été simulée par un modèle hydrologique (model GR développé au CEMAGREF-Département d'hydrologie). L'assimilation a été testée sur une période de 2 ans (1996-1997) correspondant à 25 mesures satellitales. Les dérives du modèle ont été corrigées au fur et à mesure par ajustement du contenu en eau lorsque ces mesures sont disponibles. Les améliorations apportées par l'assimilation des données ROS dans un modèle de surface a été montrée aussi bien pour les variables hydrologiques de surface que pour les débits. Le filtre de Kalman permet de corriger les erreurs dues au manque de précision des données d'entrée du modèle (précipitation et évaporation potentielle).