Pourquoi les données altimétriques nécessitent-elles un traitement spécifique dans les régions océaniques côtières ?
Les altimètres effectuent des mesures en permanence, alors pourquoi serait-il difficile d'obtenir des données de bonne qualité près des côtes ?
Il y a plusieurs facteurs à cela :
- les caractéristiques de l'altimètre lui-même, puisqu'en s'approchant ou en quittant la côte, la surface observée, et donc les échos réfléchis (appelés forme d'onde), deviennent une combinaison de signaux provenant de la mer et de la terre. En règle générale, seuls les échos provenant de la mer, qui ont une forme spécifique, sont traités par les segments terrestres. En pratique, cela signifie que les données altimétriques situées à moins de 10 km d'une surface terrestre peuvent être "contaminées" et rejetées par les segments terrestres. Cela ne signifie pas que les données altimétriques correspondantes sont perdues, mais seulement qu'elles nécessitent un traitement côtier spécial pour analyser des formes plus complexes d'échos radar.
- certaines des corrections à appliquer aux mesures altimétriques sont très précises au large, mais beaucoup moins près des côtes. C'est notamment le cas de la correction des marées océaniques. Les marées océaniques deviennent à la fois plus importantes et plus complexes sur le plateau continental et près des côtes, avec la géométrie souvent irrégulière des côtes, par rapport à la haute mer. Ainsi, les modèles de marée, utilisés pour calculer la correction de la marée océanique, nécessitent une haute résolution spatiale et une connaissance très précise de la géographie côtière et de la bathymétrie locale dans les régions côtières. Or, ces informations, ainsi que ces modèles, ne sont pas nécessairement disponibles. De même, les modèles utilisés pour calculer la correction atmosphérique à haute fréquence souffrent d'un manque de résolution près de la côte, où la dynamique géophysique est beaucoup plus rapide dans l'espace et dans le temps.
Les corrections ionosphériques et troposphériques sèches peuvent poser des difficultés dans les zones de transition entre la terre et la mer. Les corrections standards appliquées à la mesure altimétrique lors de ces transitions ne prennent pas toujours correctement en compte le changement entre les deux types de surfaces.
Les corrections de la troposphère humide, calculées à partir des mesures du radiomètre, sont également moins précises, voire absentes, près des côtes, pour les mêmes raisons de contamination des terres que pour l'altimètre lui-même. Dans ce cas, des modèles et des mesures GNSS côtières peuvent être utilisés (voir les données données GPD+)
- les produits eux-mêmes, conçus pour la haute mer, ne sont pas toujours adaptés aux eaux côtières. A titre d'exemple, dans les données distribuées de base (GDRs ou "niveau 2"), les mesures et corrections altimétriques sont principalement moyennées sur une seconde (données "1 Hz"), couvrant ainsi environ 7 km au sol. Des données moyennées sur 1/20 s existent (données "20 Hz"), qui conduisent à une mesure tous les ~350 m. Même si elles sont plus bruitées que celles moyennées à la seconde, elles permettent de récupérer plus d'informations près de la côte. De plus, la récente capacité de mesure en mode SAR des satellites altimétriques modernes permet de réduire significativement le bruit et donc d'augmenter la résolution spatiale.
Solutions
Pour surmonter les problèmes énumérés ci-dessus, plusieurs approches peuvent être utilisées, et finalement combinées. Elles permettent aujourd'hui d'accéder à des anomalies précises du niveau de la mer sur les côtes. En particulier, un certain nombre d'études ont été menées au cours des dernières années pour trouver de meilleurs algorithmes de traitement des formes d'onde (retracking) près de la côte ; des améliorations de chacune des différentes corrections en question ont également été apportées par des experts dans chacun de ces domaines. L'utilisation de données de 20 Hz, éventuellement filtrées, ou d'une résolution plus faible (mais toujours supérieure à 1 Hz) a été explorée. Des produits spécifiques ont été définis en collaboration avec les utilisateurs côtiers.
Sur ce thème :
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Produit altimétrique innovant d'approche côtière (Alticap) distribués par Aviso (incluant des liens vers des notebooks iPython)
- Coastal Altimetry Workshop
- Coastal Altimetry, S. Vignudelli et al. Eds, 2011 https://doi.org/10.1007/978-3-642-12796-0
- Vidéos
L'altimétrie SAR
L'altimétrie en "mode SAR", tout en utilisant la même technologie de faisceau radar au nadir que l'altimétrie conventionnelle, permet de traiter les données en plus petites unités le long des traces en exploitant le décalage Doppler en fonction du lieu de réflexion (voir Altimétrie SAR / à retard Doppler pour plus de détails sur cette technique). Si les données distribuées actuelles n'ont pas une résolution le long de la trace plus élevée que les données conventionnelles (environ 300 m - et pas de capacités transversales), elles sont plus précises à cette résolution que l'altimétrie conventionnelle. L'altimétrie SAR est actuellement utilisée par Cryosat-2, Sentinel-3A & B et Sentinel-6 Michael Freilich.
Des études sur le traitement SAR entièrement focalisé ("fully-focused SAR), utilisant la durée totale de cohérence du signal, montrent à la fois des anomalies du niveau de la mer de bonne qualité et une meilleure résolution dans les zones côtières. Ce type de traitement est encore dans une phase exploratoire et prend un temps de calcul assez long.
Voir par exemple Hui Feng, Alejandro Egido, Doug Vandemark, John Wilkin, Exploring the potential of Sentinel-3 delay Doppler altimetry for enhanced detection of coastal currents along the Northwest Atlantic shelf, Advances in Space Research, Volume 71, Issue 1, 2023; https://doi.org/10.1016/j.asr.2022.09.011 sur la question du traitement "fully-focused SAR" près des côtes.
Swot : une nouvelle donne
Avec ses fauchées et ses produits de données en é dimensions à 250 m de résolution, Swot ouvre une toute nouvelle perspective à l'altimétrie côtière. La technique est suffisamment différente au niveau du radar altimétrique pour ne pas connaître le même problème de contamination terre/eau. En revanche, les corrections géophysiques et de propagation sont les mêmes. Elles ont donc fait l'objet de nombreuses études préparatoires afin d'être à la hauteur de la résolution spatiale de la mission.
Techniques
Altimétrie .- Principe .
- Historique.
- Multi-satellites.
- Evolutions futures .
- L'altimétrie près des côtes : questions techniques et solutions.
- DORIS .
- Radiométrie .
