L’imagerie optique pour l’amélioration de la simulation du manteau neigeux

Id du groupe: MODIS_pour_amelioration_modele_manteau_neigeux

Luc CHARROIS, Marie DUMONT, Septembre 2017.

Une modélisation précise du manteau neigeux saisonnier est indispensable pour comprendre son évolution et améliorer la prévention du risque d’avalanche. Le Centre d’Études de la Neige (CEN) développe depuis plus de 20 ans un modèle de manteau neigeux nommé Crocus dédié à simuler son évolution et ses propriétés physiques uniquement à partir de variables météorologiques de surface. Les erreurs du modèle et l’imprécision des forçages météorologiques sont des sources inévitables d’incertitudes dans les prévisions de Crocus. Contraindre le modèle avec des observations peut être un moyen de minimiser l’impact de ces incertitudes dans les simulations. En raison de la faible densité des réseaux de mesures in situ et de la forte variabilité spatiale du manteau neigeux, il est vraisemblable que seule l’imagerie satellitaire puisse permettre une contrainte efficace du modèle.

Le spectroradiomètre MODIS, fournissant quotidiennement des informations sur la surface terrestre à une résolution de 250 m, est bien adapté pour l’observation du couvert nival. Ce capteur opère dans les domaines du visible et de l’infrarouge où les réflectances mesurées (rapport du flux solaire réfléchi sur incident selon les longueurs d’onde) sont sensibles à certaines propriétés du manteau neigeux.

L’objectif de cette étude est d’explorer l’assimilation des réflectances MODIS dans le modèle de manteau neigeux Crocus, dans une perspective opérationnelle à moyen terme. Un filtre particulaire est utilisé comme méthode d’assimilation pour évaluer l’apport des réflectances sur les estimations du manteau neigeux en termes de hauteur de neige et son équivalent en eau liquide. Les expériences conduites dans cette étude sont réalisées au niveau du Col du Lautaret et du Col de Porte (Alpes françaises). Des expériences d’assimilation d’observations virtuelles démontrent le potentiel des réflectances spectrales pour guider Crocus dans ses estimations du manteau neigeux. L’erreur quadratique moyenne (RMSE) des variables intégrées de la hauteur de neige et de son équivalent en eau est réduite de près de moitié par l’assimilation des observations. L’efficacité de l’assimilation est cependant fortement dépendante de la distribution temporelle des observations.

Évolution des simulations d’ensemble du manteau neigeux au cours de la saison 2010-2011 (a) et (b) réflectances à 640 et 1240 nm (MODIS bandes 1 et 5), (c) Hauteur de neige, (d) Equivalent en eau. Les enveloppes bleues représentent l’ensemble avec assimilation des réflectances et les grises sans assimilation (données d’observation synthétiques en rouge). Les lignes noires continuent sont la médiane de l’ensemble après assimilation, les lignes en pointillées représentent les quantiles 33 et 67 % de l’ensemble.

Ce travail démontre ainsi le potentiel des données spatiales pour le suivi et la prévision du manteau neigeux, potentiel qu’il conviendra d’exploiter dans un futur proche.

Ref : Luc Charrois. Assimilation de réflectances satellitaires du domaine visible et proche infrarouge dans un modèle détaillé de manteau neigeux. Sciences de la Terre. Université Grenoble Alpes, 2017. Français.

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