Précision de l'altimétrie satellitaire radar sur les cours d'eau: développement d'une méthode standard de quantification de la qualité des produits alti-hydrologiques et applications - INRAE - Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2008

Accuracy of satellite radar altimetry over rivers : development and application of a standardized method to characterize the quality of radar altimetry products for inland water hydrology

Précision de l'altimétrie satellitaire radar sur les cours d'eau: développement d'une méthode standard de quantification de la qualité des produits alti-hydrologiques et applications

Résumé

Numerous works during the last fifteen years have shown the potential contribution of satellite radar altimetry for the monitoring of water levels of inland water bodies (inner seas, lakes, floodplains and large rivers). Currently a significant number of satellites provide radar altimetry information (Topex/Poseidon, ERS-2, ENVISAT and Jason-2) and could ensure the continuity of operational monitoring of continental water levels. Recently, various groups have dedicated large efforts to build "alti-hydrological products", data bases of rivers and lakes water levels derived from satellite radar altimeters (for example the "CASH", "River & Lake", "HydroWeb" and "Global Reservoir and Lake Monitor" projects). However, as a general picture, hydrologists still do not use these data for operational applications. Among the reasons accounting for the reluctance of hydrologists to use water level data derived from satellite radar altimetry is the lack of a standardized method to characterize the quality of these data. The present report focuses on that subject and develops the following complementary topics: (1) The development of a "Standardized Method for Quantifying the Quality of Alti-Hydrological Products" derived from satellite altimetry measurements over large rivers. The methods cares about both the accuracy and the sampling efficiency of satellite measurements. (2) Applications of the method : (a) quantification of the quality of Alti-Hydrological Products ; (b) quantification of the impact of product processing chains (waveform tracking/retracking, virtual stations windowing and filtering) ; (c) comparison of the products performances. (3) Development of tools to provide uncertainty information along any river water level satellite measurements. (4) Transposition of the products "altimetrical quality" to their "hydrological quality". Results enlighten the fact that mean accuracy of the currently available "alti-hydrological products" is of the order of magnitude of one meter for rivers from 500m to few kilometers width, over the Amazon hydrographic network where the method has been implemented. This accuracy is poorly correlated to river width. This method will allow hydrologists to use qualified water level time series and help altimetry specialists to quantify improvements brought by new altimetry technologies and algorithmics.
De nombreux travaux menés durant les quinze dernières années ont permis de montrer le potentiel de l'altimétrie satellitaire radar pour le suivi du niveau des eaux continentales (mers intérieures, lacs, zones d'inondations et grands fleuves). Actuellement, un nombre significatif de satellites fournissent des mesures altimétriques (Topex/Poseidon, ERS-2, ENVISAT et Jason-2) et permettent d'assurer la continuité opérationnelle du suivi du niveau des eaux continentales. Ces dernières années, plusieurs groupes ont travaillé à constituer des bases de données de niveaux des eaux de lacs et de fleuves dérivés des mesures d'altimétrie radar (projets « CASH », « River & Lake », « HydroWeb » et « Global Reservoir and Lake Monitor »). Cependant, la communauté des hydrologues n'exploite toujours pas ces données dans le cadre d'applications opérationnelles. Parmi les raisons qui freinent l'implication des hydrologues à utiliser les mesures de niveaux issues de l'altimétrie radar, une des principales est le manque d'une méthode standard permettant de quantifier et de caractériser la qualité de ces données et de leur associer des valeurs d'incertitude. La présente thèse se concentre sur ce sujet et développe les thématiques complémentaires suivantes: (1) Le développement d'une « Méthode Standard de Quantification de la Qualité des Produits Alti-Hydrologiques » dérivés de l'altimétrie satellitaire radar sur les grands fleuves du globe. Cette méthode prend en compte non seulement la précision des mesures altimétriques mais aussi leur période effective d'échantillonnage temporel. (2) L'application de la méthode : (a) quantification de la qualité de « produits alti-hydrologiques » ; (b) quantification de l'impact des chaînes de génération des produits (tracking/retracking, fenêtrage géographique et filtrage) ; (c) comparaison des performances de ces produits. (3) Le développement d'un outil permettant d'associer une valeur d'incertitude à toute mesure alti-hydrologique. (4) La traduction en « qualité hydrologique » de la qualité des produits altimétriques. En l'état actuel, la précision moyenne des différents produits alti-hydrologiques disponibles est de l'ordre du mètre sur les cours d'eau de 500m à quelques kilomètres de large du réseau hydrographique amazonien, sur lequel la méthode a été mise en ½uvre. Elle s'avère très faiblement corrélée à la largeur des cours d'eau. Cette méthode permettra aux hydrologues d'utiliser en connaissance de cause les données altimétriques et aux spécialistes des techniques spatiales de quantifier les améliorations apportées par les nouvelles technologies et algorithmiques de l'altimétrie radar.
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tel-02591903 , version 1 (15-05-2020)

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Citer

N. Bercher. Précision de l'altimétrie satellitaire radar sur les cours d'eau: développement d'une méthode standard de quantification de la qualité des produits alti-hydrologiques et applications. Sciences de l'environnement. Doctorat AgroParisTech, Institut des Sciences et Industries du Vivant et de l'Environnement, spécialité Télédétection, AgroParisTech, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02591903⟩
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