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Dernière mise à jour : Mai 2018

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SMOS-IC L-VOD

SMOS-IC L-VOD
© INRA
Equipe MOST

SMOS-IC L-VOD : un nouvel index pour le suivi des stocks de carbone de la forêt à l'échelle continentale

Contact : J-P Wigneron 

Unité : UMR 1391 ISPA

Mots-clés : biomasse, sécheresse, bilan carbone, forêt, global

Résumé :

L'INRA ISPA a coordonné le développement d'un nouveau produit SMOS-IC (humidité du sol et biomasse, via l'indice L-VOD) basé sur les observations du satellite SMOS. Ce nouveau produit très performant est indépendant des données auxiliaires. Il est donc particulièrement bien adapté pour les applications sur les forêts dans un contexte de changement climatique; il est activement utilisé dans de nombreuses études à fort impact sur le suivi des stocks de carbone de la végétation à l'échelle continentale.

Contexte et enjeux :

Les données satellitaires micro-ondes apportent une information globale et répétée dans le temps permettant un suivi précis des surfaces continentales à grande échelle. Le jeu de données issues des observations SMOS à basse fréquence, qui pénètre au sein de couverts forestiers denses, est particulièrement bien indiqué pour le suivi simultané de l'humidité du sol et de l'indice de végétation L-VOD, qui est bien relié à la biomasse des couverts.

Résultats :

ISPA a coordonné le développement d'un nouveau produit SMOS basé sur l'algorithme initial de la mission SMOS conçu à l'origine par l'INRA (Wigneron et al., 2000, 2007, 2017): le nouveau produit SMOS-IC est très performant (Al Yaari et al., 2018) bien qu'il soit beaucoup plus simple et indépendant des données auxiliaires, ce qui le rend très bien adapté aux applications (Fernandez et al., 2017).

De par ses caractéristiques, le nouveau produit SMOS-IC est activement utilisé dans de nombreuses applications à fort enjeu pour le suivi de l'état hydrique et du bilan de carbone des surfaces terrestres: suivi de l'impact des sécheresses dans le bilan de carbone du continent africain (Brandt et al., Nature EE, 2018), suivi de l'impact de El Nino 2010-2105 sur le bilan de carbone des Tropiques et inter-comparaison des modèles de TRENDY (Bastos et al., 2018), suivi du cycle global du contenu en eau de la végétation (Tian et al., Nature EE., 2018), suivi de la mortalité des forêts du Texas (Jennifer Swenson, Duke University, qui bénéficie d'un financement MTPGA et Fullbright fellowhip pour son séjour 2018-2019 à ISPA).

imagemost

Changement dans les stocks de carbone de la végétation sur le continent Africain (sub-Saharien) sur 2010–2016. Les régions avec des changements significatifs négatifs (source de carbone) ou positifs (puit de carbone) sont indiqués, respectivement, en rouge ou en vert. (C) Brandt et al., 2018

Perspectives :

D'autres études à fort impact sont en cours sur l'Amazonie (col. J. Chave), l'impact de l'irrigation dans les simulations des modèles de CMIP5 (Al-Yaari et al., Sc. Reports, accepted in review), le greening au Sahel (Brant et al., Nature Comm, accepted in review), les stocks de carbone à l'échelle des Tropiques (Fan et al., Nature CC, soumis) et globale (Tagesson et al., Nature, soumis).

Dans l'ensemble de ces travaux, ISPA coordonne l'utilisation du produit SMOS-IC L-VOD.

Les améliorations du produit font l'objet d'un financement de thèse par le CSC China. Un ensemble de collaborations portées par ISPA s'est construit autour de ce produit unique (plus de 30 partenaires internationaux). Ce large intérêt montre le fort potentiel du produit L-VOD comme outil de suivi des stocks de carbone de la végétation pour la communauté scientifique et les décideurs politiques dans le contexte du changement climatique.

Collaborations INRA: J. Ogée, L Wingate, JC Domec (EFPA)

Valorisation :

Les applications basées sur le produit SMOS-IC LVOD on fait l'objet de 2 publications dans Nature Ecology & Evolution (Brant et al., 2018; Tian et al., 2018), avec J-P Wigneron comme 2éme auteur (corresponding author); donnant lieu à 2 communiqués de presse INRA.

Trois autres sont actuellement en review/soumis à Nature Comm., Nature CC, Nature. Plus d'une vingtaine d'articles s'appuient sur SMOS-IC pour leurs analyses en 2018 (le produit a été diffusé en 2017), dont une dans Royal Soc. Tr. (Bastos et al., 2018).

Le produit SMOS-IC est devenu un produit de référence pour la NASA dans ses inter-comparaisons (Colliander et al., 2017-2019)

L'algorithme et le produit SMOS-IC ont été analysés et décrits dans 2 publications ISPA (Fernandez et al., 2017ab) et dans de nombreuses communications en 2017 (EGU, AGU, IGARSS, etc).

Références bibliographiques :

Articles récents se basant sur le produit SMOS-IC, coordonné par ISPA

Brandt M., P Hiernaux, K Rasmussen, CJ Tucker, J-P Wigneron, A Diouf, S Herrmann, W Zhang, L, Kergoat, C Mbow, C Abel, Y Auda, R Fensholt, "Changes in rainfall distribution promote woody foliage production in the Sahel, Nature Communications, in review.

M. Brandt*, J.-P. Wigneron*, J. Chave, T. Tagesson, J. Penuelas, P. Ciais, K. Rasmussen, F. Tian, C. Mbow, A. Al-Yaari, N. Rodriguez-Fernandez, G. Schurgers, W. Zhang, J. Chang, Y. Kerr, A. Verger, C. Tucker, A. Mialon, L. V. Rasmussen, L. Fan and R. Fensholt, "Satellite passive microwaves reveal recent climate-induced carbon losses in African drylands", Nature Ecology and Evolution., https://doi.org/10.1038/s41559-018-0530-6, 2018.

F. Tian*, J.-P. Wigneron*, P. Ciais, J. Chave, J. Ogée, J. Peñuelas, A. Ræbild, J-C Domec, X. Tong, M. Brandt, A. Mialon, N. Rodriguez-Fernandez, T. Tagesson, A. Al-Yaari, Y. Kerr, C. Chen, R. B. Myneni, W. Zhang, J. Ardö, R. Fensholt, "Coupling of ecosystem-scale plant water storage and leaf phenology observed by satellite", Nature Ecology & Evolution, Vol 2, Spt. 2018, 1428–1435, https://doi.org/10.1038/s41559-018-0630-3, 2018.

Bastos A., P. Friedlingstein, S. Sitch, C. Chen, A. Mialon, J.-P. Wigneron, V. K. Arora, P. R. Briggs, J. G. Canadell, P. Ciais, F. Chevallier, C. Delire, V. Haverd, A. K. Jain, F. Joos, E. Kato, S. Lienert, D. Lombardozzi, J. R. Melton, R. Myneni, J. E.M.S. Nabel, J. Pongratz, B. Poulter, C. Rödenbeck, R. Séférian, H. Tian, C. van Eck, N. Viovy, N. Vuichard, A. P. Walker, A. Wiltshire, J. Yang, S. Zaehle, and D. Zhu, "Impact of the 2015-16 El Nino on the terrestrial carbon cycle constrained by bottom-up and top-down approaches", Phil. Trans. R. Soc. B, 20170304, http://dx.doi.org/10.1098/rstb.2017.0304, 2018

Rodriguez-Fernandez N., A. Mialon, S. Mermoz, A. Bouvet, P. Richaume, A. Al Bitar, A. Al-Yaari, M. Brandt, T. Kaminski, T. Le Toan, Y. H. Kerr, and J.-P. Wigneron, An evaluation of SMOS L-band vegetation optical depth (L-VOD) data sets: high sensitivity of L-VOD to above-ground biomass in Africa, Biogeosciences, 15, 4627–4645, https://doi.org/10.5194/bg-15-4627-2018, 2018.

Brandt M., Y. Yue, J.-P. Wigneron, X. Tong, F. Tian, M. Rudbeck Jepsen, X. Xiao, A. Verger, A. Mialon, A. Al-Yaari , K. Wang and R. Fensholt, "Satellite-Observed Major Greening and Biomass Increase in South China Karst During Recent Decade", Earth’s Future, 6. https://doi.org/10.1029/2018EF000890, 2018.

Mohammad El Hajj, Nicolas Baghdadi, Mehrez Zribi, Nemesio Rodríguez-Fernández, Jean Pierre Wigneron, Amen Al-Yaari, Ahmad Al Bitar, Clément Albergel, Jean-Christophe Calvet, 'Evaluation of SMOS, SMAP, ASCAT and Sentinel-1 soil moisture products at sites in Southwestern France', Remote Sensing, 2018, 10, 569; doi:10.3390/rs10040569

Ebrahimi-Khusfi M., S. K. Alavipanah; S. Hamzeh, F. Amiraslani, N. S. Neysani, J.-P. Wigneron,"Comparison of soil moisture retrieval algorithms based on the synergy between SMAP and SMOS-IC", International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 67, 148–160, https://doi.org/10.1016/j.jag.2017.12.005, 2018.

Référence de l'algorithme original INRA:

Fernandez-Moran R., A. Al-Yaari, A. Mialon, A. Mahmoodi, A. Al Bitar, G. De Lannoy, N. Rodriguez-Fernandez, E. Lopez-Baeza, Y. Kerr and J.-P. Wigneron, "SMOS-IC: An Alternative SMOS Soil Moisture and Vegetation Optical Depth Product", Remote Sensing, 9, 457; doi:10.3390/rs9050457, 2017.

Fernandez-Moran, R., Wigneron, J.-P., De Lannoy, G., Lopez-Baeza, E., Parrens, M., Mialon, A., Mahmoodi, A., Al-Yaari, A., Bircher, S., Al Bitar, A., Richaume, P., Kerr, Y., A new calibration of the effective scattering albedo and soil roughness parameters in the SMOS SM retrieval algorithm, Int J Appl Earth Obs Geoinformation, 62, 27–38, 2017

Wigneron J.-P., Waldteufel P., Chanzy A., Calvet J.-C., Kerr Y., 'Two-D microwave interferometer retrieval capabilities of over land surfaces (SMOS Mission)', Remote Sens. Environ., 73:270-282, 2000.

Wigneron J-P, Y. Kerr, P. Waldteufel, K. Saleh, M.-J. Escorihuela, P. Richaume, P. Ferrazzoli, P. de Rosnay, R. Gurney, J.-C. Calvet, J.P. Grant, M. Guglielmetti, B. Hornbuckle, C. Mätzler, T. Pellarin, M. Schwank, 'L-band Microwave Emission of the Biosphere (L-MEB) Model: Description and calibration against experimental data sets over crop fields', Remote Sens. Env., 107, p. 639-655, 2007.

Wigneron J.-P., T.J. Jackson, et al., Modelling the passive microwave signature from land surfaces: A review of recent results and application to the L-band SMOS & SMAP soil moisture retrieval algorithms, Remote Sens. of Env., 192, 238–262, 2017. https://doi.org/10.1016/j.rse.2017.01.024