Quelques méthodes d'analyse d'images satellitaires appliquées à la Méditerranée
Résumé
La communication a pour objet de présenter quelques apports de la télédétection spatiale à la connaissance des processus physiques en Méditerranée. Les différentes fenêtres spectrales d'observation disponibles opérationnellement sont passées en revue, appuyées par quelques exemples. 1. L'utilisation d'imagerie satellitaires à des fins océanographiques implique un traitement préalable de ces images. Les comptes numériques issus du satellite doivent être étalonnés puis corrigés des effets perturbateurs de l'atmosphère. Puis les images sont naviguées afin d'être superposables à une référence cartographique. Un exemple sur le golfe du Lion illustre ces traitements. 2. L'observation de la surface marine dans le domaine visible donne accès à la quantité de lumière rétrodiffusée vers le satellite. Une modélisation fine de la transparence atmosphérique permet de calculer puis de cartographier la quantité d'énergie solaire reçue à la surface (Diabaté et al. 1989). On accède ainsi à la composante ondes courtes du bilan radiatif sur une échelle synoptique avec une résolution spatiale de 5 km. Ceci est illustré par la cartographie de cette composante en Méditerranée occidentale de 1983 à 1985. 3. Le domaine infra-rouge fournit une mesure de la température de surface de la mer. La fréquence temporelle de fourniture d'images par les satellites permet diverese applications, depuis la climatologie des températures de surface jusqu'à l'analyse des phénomènes transitoires. La télédetection permet en outre la mesure des échelles spatiales et temporelles des processus. Les trois premiers exemples portent sur la mer Ligure L'analyse répétitive sur plusieurs années des thermographies de la mer Ligure permet de caractériser les phénomènes de la circulation générale. Les variations saisonnières de la distribution des gradients thermiques superficiels sont ainsi finement décrites (Wald, Nihous, 1980). Les instabilités dynamiques ont une signature thermique permettant leur repérage. Ainsi des ondes de basse fréquence ont été suivies et analysées en termes d'ondes baroclines de grande amplitude, en accord avec un modèle analytique à deux couches (Crépon et al., 1982). Les images satellitaires de la mer Ligure exhibent des structures tourbillonnaires. Une étude statistique de la distribution spatiale de ces tourbillons et de leurs caractéristiques de forme met en évidence la faible dispersion des diamètres autour d'une valeur moyenne de 30 km, ainsi qu'une grande hétérogénéité de ces tourbillons dans la mer Ligure. La plupart des tourbillons sont observés près du Cap Corse, et sont anticycloniques. Ce résultat confirme les mesures in-situ de la campagne DYOME, et les complète en offrant une extension spatiale des conclusions de cette campagne (Wald, 1985). L'analyse statistique de la structure turbulente du champ de température à moyenne échelle par fonctions de structure montre que la température se comporte comme un traceur passif, en accord avec la théorie de turbulence quasi-géostrophique de Blumen (1978) prédisant la conservation simultanée de l'énergie totale dusystème et de l'énergie potentielle disponible à la surface de la mer. Cette conclusion permet d'envisager l'estimation du champ de courant superficiel à partir de thermographies à l'aide d'un modèle numérique d'advection instastionnaire de la chaleur. L'imagerie satellitaire fournit les dérivées temporelles et les gradients thermiques assimilés par le modèle, qui une fois intégré le long des isothermes donne une cartographie de la fonction de courant (Wald, 1985). 4. L'utilisation des hyperfréquences en océanographie spatiale permet de s'affranchir de la couverture nuageuse, et d'améliorer ainsi la fréquence temporelle des observations de l'état de surface de la mer. Les instruments diffusiomètre et radar à synthèse d'ouverture (SAR) embarqués à bord du satellite européen ERS-1 devant être lancé en 1991 donneront accès au champ de vent de surface ainsi qu'au spectre d'état de surface. On montre comment ces informations peuvent être rééchantillonnées dans le temps et dans l'espace et combinées avec des données météorologiques standards afin d'être assimilées dans des modèles de prédiction de houle. On utilise pour cela, soit des méthodes d'estimation autorégressive, soit des méthodes variationnelles (Cauneau, Bernard 1990).