Absorption atmosphérique. En bleu, la réflectance de surface pour un pixel couvert de végétation, en fonction de la longueur d’onde, en rouge la réflectance au sommet de l’atmosphère pour ce même pixel. A 1.38 µm, la vapeur d’eau absorbe totalement la lumière provenant de la surface au niveau de la mer.
Les satellites LANDSAT-8 et SENTINEL-2 possèdent une bande spectrale centrée sur la longueur d’onde 1.38 µm, destinée à la détection des nuages hauts. Cette bande spectrale correspond à une forte bande d’absorption de la vapeur d’eau. Cette absorption est tellement forte qu’il est très peu probable qu’un photon émis par le soleil arrive à la surface terrestre, et si celà arrive, il est encore moins probable qu’il parvienne ensuite jusqu’au satellite sans être absorbé. Résultat, sur les images de cette bande, la surface n’est en général pas visible. Par contre, comme la vapeur d’eau est en général concentrée dans les basses couches de l’atmosphère, les photons réfléchis par les nuages hauts ont beaucoup moins de chances d’être absorbés. Les images que l’on observe dans cette bande permettent donc d’observer la partie haute de l’atmosphère, et donc de détecter les nuages hauts, comme on le voit sur l’image ci dessous, sur laquelle de très nombreuses traces d’avions sont visibles (j’en compte 35, et vous ?). Cette bande permet donc enfin de détecter, par un simple seuillage, ces fameux cirrus fins qui jusqu’ici étaient assez mal détectés, étaient parfois pris pour des aérosols, et en général perturbaient nos mesures.
Image LANDSAT 8 acquise sur Paris le 14/04/2013. A gauche, composition colorée RGB, à droite, image de la bande 1.38µm. A voir le nombre de traces d’avions, on se dit qu’il va falloir choisir entre voler ou observer la terre…
Malheureusement, un simple seuillage pour détecter les nuages n’est pas infaillible. (mais si c’était le cas, la détection de nuages serait à la portée de tous et nous ne servirions plus à rien…). D’abord, les nuages bas et les brouillards sont souvent proches de la surface et donc ne sont pas visibles dans cette bande, il faut utiliser d’autres critères pour les détecter. De plus, les montagnes peuvent émerger de la couche absorbante, et ce d’autant plus que l’atmosphère est sèche. Le seuillage pour détecter les nuages hauts doit donc prendre en compte l’altitude de la surface et, pour bien faire, devrait aussi dépendre de la quantité de vapeur d’eau, qui peut être prédite par les modèles météorologiques.
Image LANDSAT 8 acquise au centre de Madagascar le 13/09/2013. A gauche, composition colorée RGB, à droite, image de la bande 1.38µm. Il n’y a quasiment aucun nuage sur cette image, mais la réflectance de surface ne s’annule pas en raison de l’altitude supérieure à 1500m sur la partie visible de l’image et de l’atmosphère particulièrement sèche ce jour là.
Bref, cette bande 1.38 µm est efficace pour détecter les nuages hauts et notamment les cirrus fins, mais doit être employée avec quelques précautions afin d’éviter que toutes les montagnes soient systématiquement déclarées nuageuses. C’est ce que nous faisons dans la chaîne MAJA.
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La détection des nuages hauts avec la bande Cirrus de Landsat et Sentinel-2
Olivier Hagolle, 1 octobre 2014
Les satellites LANDSAT-8 et SENTINEL-2 possèdent une bande spectrale centrée sur la longueur d’onde 1.38 µm, destinée à la détection des nuages hauts. Cette bande spectrale correspond à une forte bande d’absorption de la vapeur d’eau. Cette absorption est tellement forte qu’il est très peu probable qu’un photon émis par le soleil arrive à la surface terrestre, et si celà arrive, il est encore moins probable qu’il parvienne ensuite jusqu’au satellite sans être absorbé. Résultat, sur les images de cette bande, la surface n’est en général pas visible. Par contre, comme la vapeur d’eau est en général concentrée dans les basses couches de l’atmosphère, les photons réfléchis par les nuages hauts ont beaucoup moins de chances d’être absorbés. Les images que l’on observe dans cette bande permettent donc d’observer la partie haute de l’atmosphère, et donc de détecter les nuages hauts, comme on le voit sur l’image ci dessous, sur laquelle de très nombreuses traces d’avions sont visibles (j’en compte 35, et vous ?). Cette bande permet donc enfin de détecter, par un simple seuillage, ces fameux cirrus fins qui jusqu’ici étaient assez mal détectés, étaient parfois pris pour des aérosols, et en général perturbaient nos mesures.
Image LANDSAT 8 acquise sur Paris le 14/04/2013. A gauche, composition colorée RGB, à droite, image de la bande 1.38µm. A voir le nombre de traces d’avions, on se dit qu’il va falloir choisir entre voler ou observer la terre…
Malheureusement, un simple seuillage pour détecter les nuages n’est pas infaillible. (mais si c’était le cas, la détection de nuages serait à la portée de tous et nous ne servirions plus à rien…). D’abord, les nuages bas et les brouillards sont souvent proches de la surface et donc ne sont pas visibles dans cette bande, il faut utiliser d’autres critères pour les détecter. De plus, les montagnes peuvent émerger de la couche absorbante, et ce d’autant plus que l’atmosphère est sèche. Le seuillage pour détecter les nuages hauts doit donc prendre en compte l’altitude de la surface et, pour bien faire, devrait aussi dépendre de la quantité de vapeur d’eau, qui peut être prédite par les modèles météorologiques.
Image LANDSAT 8 acquise au centre de Madagascar le 13/09/2013. A gauche, composition colorée RGB, à droite, image de la bande 1.38µm. Il n’y a quasiment aucun nuage sur cette image, mais la réflectance de surface ne s’annule pas en raison de l’altitude supérieure à 1500m sur la partie visible de l’image et de l’atmosphère particulièrement sèche ce jour là.
Bref, cette bande 1.38 µm est efficace pour détecter les nuages hauts et notamment les cirrus fins, mais doit être employée avec quelques précautions afin d’éviter que toutes les montagnes soient systématiquement déclarées nuageuses. C’est ce que nous faisons dans la chaîne MAJA.
Take 5 : a happy end for SPOT5
High cloud detection using the cirrus band of LANDSAT 8 or Sentinel-2