rôle de la marée et de la houle sur la turbidité de la manche … · 2010. 12. 9. · rôle de...
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Rôle de la marée et de la houle sur la turbidité
de la Manche
Approche par imagerie satellite
Journée
Dynécouvertele 10 juin 2010
Rivier Aurélie –
Petus
Caroline
CONTEXTE
Thèse CETMEF/IFREMER
:
Sujet
: La clarté
de l’eau du plateau continental de la Manche et ses abords observée de l’espace : apport de la modélisation 3D
hydro-
sédimentaire
multiclasse
;
Objectif
: Estimation de la quantité
de matières en suspension (MES) en surface ;
Intérêt
: Rôle essentiel de la MES dans le coefficient d'atténuation de la lumière et la production biologique.
Thèse CETMEF/IFREMER
:
Approches :
•
Estimation par télédétection
(algorithmes -
IFREMER);
•
Mesures in situ ;
•
Modélisation numérique (CETMEF).
CONTEXTE
OBJECTIFS
•
Mettre en évidence les processus responsables de la turbidité
en Manche. Évaluer le rôle de la marée et des tempêtes ;
•
Évaluer la dynamique saisonnière des matières en suspension : taille, concentration ;
•
Mieux comprendre les relations entre coefficient de
rétrodiffusion bb, MES (concentration), type et taille des particules, turbidité
et KPAR
;
•
Améliorer l'algorithme d'estimation de la quantité
de matières minérales en suspension à
partir d'image satellite, notamment en tenant compte de la taille des
particules.
OBJECTIFS
•
Mettre en évidence les processus responsables de la turbidité
en Manche.
Évaluer le rôle de la marée et des tempêtes ;
•
Évaluer la dynamique saisonnière des matières en suspension : taille, concentration ;
•
Mieux comprendre les relations entre coefficient de rétrodiffusion bb, MES (concentration), type et taille des particules, turbidité
et KPAR
;
•
Améliorer l'algorithme d'estimation de la quantité
de matières minérales en suspension à
partir d'image satellite, notamment en tenant compte de la taille des
particules.
Matières en suspensions totales (mg.l-1) dans la zone ROSES
IMAGES SATELLITES MODIS
Calibrées par l’algorithme MMESS
(Gohin et al., 2002; 2005; 2008 )
Base de données journalières brutes:
2003-2009
Base de données journalières krigées
(i.e sans nuage) : 2007-2009
DONNEES SATELLITES
TRAITEMENT DU SIGNAL
CORRELOGRAMME
coefficient de corrélation d’une série mesurée à
l’instant t
avec cette même série à
l’instant t + Δt
DETERMINE LA PERIODICITE DU SIGNAL
Var(MES)S)EM(MES(t)S)EMΔt)+Cov(MES(t=ΔtC
ˆˆ)( −×−
APPLICATION AUX IMAGES MODIS
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Corrélogrammes : 230 pixels Matières en suspensions (mg.l-1)
30 pixels
2003 -
2009
RESULTATS : périodicité
moyenne
INFLUENCE DE LA MAREE : CYCLE MORTES-EAUX /
VIVES-EAUX : ~ 14 j
moyenne
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38
Pas de temps (jour)
Cor
réla
tion
moyenne
-0,200
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
0 4 8 12 16 20 24 28 32 36
Pas de temps (jour)
Cor
rela
tion
14 jours28 jours
Δt = 0 40 jours
RESULTATS : périodicité
moyenne
moyenne
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38
Pas de temps (jour)
Cor
réla
tion
moyenne
-0,200
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
0 4 8 12 16 20 24 28 32 36
Pas de temps (jour)
Cor
rela
tion
14 jours28 jours
Δt = 0 40 jours
-1,20
-0,80
-0,40
0,00
0,40
0,80
1,20
0 26 52 78 104 130 156 182 208 234 260 286 312 338
Pas de temps (jour)
Cor
rela
tion
-1,20
-0,80
-0,40
0,00
0,40
0,80
1,20
0 26 52 78 104 130 156 182 208 234 260 286 312 338
Pas de temps (jour)
Cor
réla
tion
moyenne
a)
b)
Δt
= 0 364 jours
~14 jours
Effet saisonnier
RESULTATS : classification des
corrélogrammes
1er
ESSAI -
ANALYSE EN CLUSTER -
Méthode du
Kmeans 4 CLASSES :
-1,0
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360
Pas de temps (j)
auto
corr
élat
ion
-1,0
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360
Pas de temps (j)
auto
corr
élat
ion
-1,0
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360
Pas de temps (j)
auto
corr
élat
ion
-1,0
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360
Pas de temps (j)
auto
corr
élat
ion
1 2
3 4
RESULTATS : cartographie des zones d’influence de la marée
REPARTITION GEOGRAPHIQUE DES 4 CLASSES :
DIFFERENTES ZONES D’INFLUENCE DE LA MAREE
A valider –
à
justifier
-1,0
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360
Pas de temps (j)
auto
corr
élat
ion
-1,0
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360
Pas de temps (j)
auto
corr
élat
ion
-1,0
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360
Pas de temps (j)
auto
corr
élat
ion
-1,0
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360
Pas de temps (j)
auto
corr
élat
ion
1 2
3 4
-1,0
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360
Pas de temps (j)
auto
corr
élat
ion
-1,0
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360
Pas de temps (j)
auto
corr
élat
ion
-1,0
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360
Pas de temps (j)
auto
corr
élat
ion
-1,0
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360
Pas de temps (j)
auto
corr
élat
ion
1 2
3 4
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Brest St Malo
CaenLe Havre
CalaisPlymouth
Cardiff
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
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19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Brest St Malo
CaenLe Havre
CalaisPlymouth
Cardiff
Recherche d’une relation entre les coefficients de marée et les concentrations en MES (séries temporelles continues)
RESULTATS : travail sur les données satellites crigées
2007-2009
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Brest St Malo
CaenLe Havre
CalaisPlymouth
Cardiff
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Brest St Malo
CaenLe Havre
CalaisPlymouth
Cardiff
12
34
0
2
5
910
7
8
6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Brest St Malo
CaenLe Havre
CalaisPlymouth
Cardiff
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Brest St Malo
CaenLe Havre
CalaisPlymouth
Cardiff
12
34
0
2
5
910
7
8
6
α = 1,03C0 = 50,6 r² = 0,31
Point 1 –
2007
α
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛×=
0)()(
CCoefftMEStMES moy
α
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛×=
0)()(
CCoefftMEStMES moy
Recherche d’une relation entre les coefficients de marée et les concentrations en MES (séries temporelles continues)
RESULTATS : travail sur les données satellites crigées
2007-2009
r²
calculé
pour chaque pixel CARTOGRAPHIE DE L’INFLUENCE DE LA MAREE
Point 8 –
2007
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Brest St Malo
CaenLe Havre
CalaisPlymouth
Cardiff
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Brest St Malo
CaenLe Havre
CalaisPlymouth
Cardiff
12
34
0
2
5
910
7
8
6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Brest St Malo
CaenLe Havre
CalaisPlymouth
Cardiff
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Brest St Malo
CaenLe Havre
CalaisPlymouth
Cardiff
12
34
0
2
5
910
7
8
6
α = 0,02C0 = 0,06 r² = 0,0003
α
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛×=
0)()(
CCoefftMEStMES moy
2007-2009
RESULTATS : cartographie des zones d’influence de la marée
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Brest St Malo
CaenLe Havre
CalaisPlymouth
Cardiff
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Brest St Malo
CaenLe Havre
CalaisPlymouth
Cardiff
Point 1 –
2007
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Brest St Malo
CaenLe Havre
CalaisPlymouth
Cardiff
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Brest St Malo
CaenLe Havre
CalaisPlymouth
Cardiff
12
34
0
2
5
910
7
8
6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Brest St Malo
CaenLe Havre
CalaisPlymouth
Cardiff
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Brest St Malo
CaenLe Havre
CalaisPlymouth
Cardiff
12
34
0
2
5
910
7
8
6
RESULTATS : influence de la houle
TEMPETE DEC.
2007
α = 1,03C0 = 50,6 r² = 0,31
α
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛×=
0)()(
CCoefftMEStMES moy
Contrainte exercée par la houle le 09/12/2007 (calculée à
partir des résultats WW3 de F. Ardhuin)
RESULTATS : influence de la houle
Bathymétrie
Matières en suspensionImpact de la tempête du 9 décembre 2007 sur la MES de surface
Image satellite MODIS du 11/12/2007
OBJECTIFS
Amélioration de la relation : rajout de l’influence de la houle
Amélioration de l’algorithme MMESS i.e. des cartes satellites
-
données in-situ (Camille Napoléon)
- étude du coefficient de rétrodiffusion
-
étude de la taille des particules
Modèle hydrosédimentaire de la Manche multiclasse ( travail effectué
au CETMEF)
- Prise en compte de la marée, du vent et de la houle
-
hétérogénéité
granulométrique des sédiments de fond
OBJECTIFS DE LA THESE