LERMA UMR8112

Laboratoire d’Études du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique et Atmosphères



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GIEMS (Global Inundation Extent from Multi-Satellites)

publié le

Le Global Inundation Extent from Multi-Satellites (GIEMS) est un jeu de données unique qui fournit l’étendue et la dynamique des eaux de surface continentales, à l’échelle du globe, sur une longue période (1993-2007), à partir d’un ensemble d’observations satellitaires. Le pourcentage des inondations est estimé, en moyenne mensuelle, sur une grille de surface égale (pixels de 0.25°x0.25° à l’équateur, c’est-à-dire 28kmx28km).

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Figure : Moyenne annuelle des surfaces inondées, estimée à partir de satellites, entre 1993 et 2007, en km² pour chaque pixel de 773 km².

L’ensemble des données est disponible sur demande à Catherine Prigent (catherine.prigent@obspm.fr).


Méthodologie – L’étendue et la dynamique des eaux de surface continentales sont estimées à partir de la combinaison d’observations satellites complémentaires : des mesures microondes passives et actives et des réflectances visibles et proche infrarouges. La fusion de ces différentes observations permet de bénéficier de leur complémentarité et d’extraire un maximum d’informations sur les caractéristiques des inondations, en minimisant les problèmes liés à l’utilisation d’un seul instrument. La technique est applicable à l’échelle globale sans réglage particulier pour les différents types d’environnements. Les données satellitaires sont utilisées pour calculer les moyennes mensuelles des fractions inondées à chaque point de grille (de surface égale à 0.25°x0.25° à l’équateur), en tenant compte de la contribution de la végétation sur les observations (Prigent et al., 2001, 2007, 2012 ; Papa et al., 2010). L’ensemble de données GIEMS couvre la période 1993-2007.

Évaluation - La variabilité de GIEMS (intra et inter-annuelle) a été analysée, pour des environnements différents. GIEMS a été comparée à d’autres variables hydrologiques telles que la hauteur de la rivière (à partir de jauges ou de mesures altimétriques), les précipitations, les débits des rivières ou des données gravimétriques (Grace). Ces analyses ont permis d’évaluer GIEMS et de prouver sa pertinence (Papa et al., 2007, 2008, 2010).

Applications - La base de données GIEMS a été largement distribuée dans le monde entier, pour de multiples applications. Les zones humides naturelles étant la plus importante source de méthane atmosphérique (un très puissant gaz à effet de serre), GIEMS fournit une ressource unique pour la modélisation des émissions de méthane et permet de réduire les incertitudes sur le rôle des zones humides naturelles dans les variations des quantités de méthane atmosphérique (par exemple, Bousquet et al., 2006 ; Ringeval et al., 2010 ;. Petrescu et al., 2010 ;.. Hodson et al., 2011 ; Beck et al., 2013 ; Wania et al., 2013 ; Pison et al., 2013). GIEMS est également utilisé pour évaluer la modélisation hydrologique aux échelles continentale et globale (par exemple, Decharme et al., 2008, 2011). Les étendues d’eau de GIEMS ont également été combinées avec les niveaux d’eau altimétriques pour estimer les changements de volumes d’eau dans les bassins (Frappart et al, 2008, 2010 ; Papa et al., 2013).

Les tendances climatiques – Les résultats entre 1993 et 2007 présentent une grande variabilité saisonnière et inter-annuelle avec une baisse de la superficie globale annuelle maximale des surfaces inondées de 6% au cours de la période, avec une diminution particulièrement importante en Amérique du Sud tropicale et subtropicale et en Asie du Sud. Les plus fortes baisses coïncident avec les régions de fortes augmentations de la population sur les deux dernières décennies, ce qui suggère un impact des activités humaines sur les surfaces d’eau continentales (Prigent et al., 2012).

Haute résolution spatiale - GIEMS est en cours de désagrégation pour fournir des estimations des surfaces d’eau continentales avec une résolution de l’ordre de 100 m, toujours à l’échelle du globe et sur une longue série temporelle (http://www.estellus.fr/index.php?static13/giems-d15). Les méthodes de désagrégation utilisent des informations auxiliaires à haute résolution telles que les Modèles Numériques de Terrains (Fluet-Chouinard et al., 2015), des données SAR (Aires et al., 2013), ou des observations satellitaires visibles et infra-rouges (Aires et al., 2014).

PUBLICATIONS :

Méthodologie et évaluation de GIEMS :

  • Prigent, C., E. Matthews, F. Aires, and W. B. Rossow, Remote sensing of global wetland dynamics with multiple satellite data sets, Geo. Res. Lett., 28 , 4631-4634, 2001.
  • Prigent, C., F. Papa, F. Aires, W. B. Rossow, and E. Matthews, Global inundation dynamics inferred from multiple satellite observations, 1993-2000, J. Geophys. Res., 112, D12107, doi:10.1029/2006JD007847, 2007.
  • Papa, F., C. Prigent, and W.B. Rossow, Ob’ River flood inundations from satellite observations : A relationship with winter snow parameters and river runoff. J. Geophys. Res., 112, D18103, doi:10.1029/2007JD008451, 2007.
  • Papa, F., C. Prigent, and W. B. Rossow, Monitoring flood and discharge variations in the large Siberian Rivers from a multi-satellite technique, Surv. Geophys., doi:10.1007/s10712-008-9036-0, 2008.
  • Papa, F., C. Prigent, C. Jimenez, F. Aires, and W. B. Rossow, Interannual variability of surface water extent at global scale, 1993-2004, J. Geophys. Res., 115, D12111, doi:10.1029/2009JD012674, 2010.
  • Prigent, C., F. Papa, F. Aires, C. Jimenez, W. Rossow, and E. Matthews, Changes in land surface water dynamics since the 1990s and relation to population pressure, Geophys. Res. Lett., 39, L08403, doi:10.1029/2012GL051276, 2012.

Analyse des émissions de méthane :

  • Bousquet, P., P. Ciais, J.B. Miller, E.J. Dlugokencky, D. A. Hauglustaine, C. Prigent, G.R. Van der Werf, P. Peylin, E.G. Brunke, C. Carouge, R. L. Langenfelds, J Lathière, F. Papa, M. Ramonet, M. Schmidt, L. P. Steele, S.C. Tyler, and J. White, Contribution of anthropogenic and natural sources to atmospheric methane variability, Nature, 443, 439-443, doi:10.1038/nature05132, 2006.
  • Petrescu, A. M. R., R. L.P.H. van Beek, J. Van Huissteden, C. Prigent, T. Sachs, C. A.R. Corradi, F. W. Parmentier, A. J. Dolman, Modeling regional to global CH4 emissions of boreal and arctic wetlands, Global Biogeochemical Cycles, 24, 4, 10.1029/2009GB003610, 2010.
  • Ringeval, B., N. de Noblet-Ducoudre, P. Ciais, P. Bousquet, C. Prigent, F. Papa, W. B. Rossow, An attemp to quantify the impact of changes in wetland extent on methane emissions at the seasonal and interannual time scales, Global Biogeochemical Cycles, 24, GB2003, doi:10/1029/2008GB003354, 2010.
  • Hodson, E. L., B. Poulter, N. E. Zimmermann, C. Prigent, and J. O. Kaplan, The El Niño–Southern Oscillation and wetland methane interannual variability, Geophys. Res. Lett., 38, L08810, doi:10.1029/2011GL04686, 2011.
  • Beck, V. C. Gerbig, T. Koch, M. M. Bela, K. M. Longo, S. R. Freitas, J. O. Kaplan, C. Prigent, P. Bergamaschi, and M. Heimann, WRF−Chem simulations in the Amazon region during wet and dry season transitions : evaluation of methane models and wetland inundation maps, Atmos. Chem. Phys., 13, 7961−7982, 2013.
  • Wania, R., Melton, J. R., Hodson, E. L., Poulter, B., Ringeval, B., Spahni, R., Bohn, T., Avis, C. A., Chen, G., Eliseev, A. V., Hopcroft, P. O., Riley, W. J., Subin, Z. M., Tian, H., van Bodegom, P. M., Kleinen, T., Yu, Z. C., Singarayer, J. S., Zürcher, S., Lettenmaier, D. P., Beerling, D. J., Denisov, S. N., Prigent, C., Papa, F., and Kaplan, J. O. : Present state of global wetland extent and wetland methane modelling : methodology of a model inter−comparison project (WETCHIMP), Geosci. Model Dev., 6, 617−641, doi:10.5194/gmd−6−617−2013, 2013.
  • Pison, I., B. Ringeval, P. Bousquet, C. Prigent, and F. Papa, Stable atmospheric methane in the 2000s : key−role of emissions from natural wetlands, Atmos. Chem. Phys. Discuss., 13, 9017−9049, 2013.

Evaluation des modèles hydrologiques :

  • Decharme B., H. Douville, C. Prigent, F. Papa, and F. Aires, A new river flooding scheme for global climate applications : Off-line evaluation over South America, J. Geophys. Res., 113, D11110, doi:10.1029/2007JD009376, 2008.
  • Decharme, B., R. Alkama F. Papa, S. Faroux, H. Douville, C. Prigent, Global off-line evaluation of the ISBA-TRIP flood model, Clim. Dyn., DOI 10.1007/s00382-011-1054-9, 2011.

Calcul des volumes d’eau :

  • Frappart, F., F. Papa, J. S. Famiglietti, C. Prigent, W. B. Rossow, F. Seyler, Interannual variations of river water storage from a multiple satellite approach : a case study for the Rio Negro River Basin, J. Geophys. Res., 113, D21104, doi:10.1029/2007JD009438, 2008.
  • Frappart, F., F. Papa, A. Güntner, S. Werth, G. Ramilien, C. Prigent, W. B. Rossow, M.-P. Bonnet, Interannual variations of the terrestrial water storage in the Lower Ob’ Basin from a multisatellite approach, Hydrology and Earth System Sciences, 14,12, 2010, 2443-2453, 2010.
  • Papa, F., F. Frappart, A. Güntner, C. Prigent, F. Aires, A. C. V. Getirana, and R. Maurer, Surface freshwater storage and variability in the Amazon basin from multi−satellite observations, 1993–2007, J. Geophys. Res. Atmos., 118, doi:10.1002/2013JD020500, 2013.

Désagrégation de GIEMS :

  • Aires, F., F. Papa and C. Prigent, A long-term, high-resolution wetland dataset over the Amazon basin, downscaled from a multi-wavelength retrieval using SAR, J. Hydrometeorology, 14, 594-6007, 2013.
  • Aires, F., F. Papa, C. Prigent, J.-F. Cretaux and M. Berge-Nguyen, Characterization and downscaling of the inundation extent over the Inner Niger delta using a multi-wavelength retrievals and Modis data, J.. Hydrometeoroloy, 27, 1958-1979, doi : http://dx/doi.org/10.1175/JCLI-D-13-00161.1, 2014.
  • Fluet-Chouinard, E., B. Lehner, L-M Rebelo, F. Papa, S.K. Jamiston, Development of a global inundation map at high spatial resolution from topographic downscaling of coarse-scale remote sensing data, Remote Sensing of Environment, in press, 2015.

Séminaires à venir

Vendredi 22 mars 2019, 14h00
Salle de l'atelier, Paris
New Planckian quantum phase of the Universe before Inflation: Its present day and Dark Energy implications
Sanchez, Norma
LERMA
résumé :
The physical history of the Universe is completed by including the quantum planckian and super-planckian phase before Inflation in the Standard Model of the Universe in agreement with observations. In the absence of a complete quantum theory of gravity, we start from quantum physics and its foundational milestone: the universal classical-quantum (or wave-particle) duality, which we extend to gravity and the Planck domain. A new quantum precursor phase of the Universe appears beyond the Planck scale. Relevant cosmological examples as the Cosmic Microwave Background, Inflation and Dark Energy have their precursors in this era. A whole unifying picture for the Universe epochs and their quantum precursors emerges with the cosmological constant as the vacuum energy, entropy and temperature of the Universe, clarifying the so called cosmological constant problem which once more in its rich history needed to be revised. The consequences for the deep universe surveys, and missions like Euclid will be outlined.
 
Vendredi 5 avril 2019, 14h00
Salle de l'atelier, Paris
The magnetized interstellar medium in the Galaxy through Faraday tomography of the radio sky
Andrea BRACCO
ENS
résumé :
The study of the diffuse Galactic interstellar medium (ISM) is both a
waypoint to investigate the processes that turn gas into stars and to
account for foreground contaminations in modern high-precision
cosmological probes of the Universe.

New structures in the diffuse ionized and magnetized ISM have been
recently observed through Faraday tomography of polarization data at low
radio frequencies. Although the physical origin of these structures
remains uncertain, interesting correlations with tracers of neutral ISM,
such as atomic hydrogen lines and interstellar dust polarization, have
been found. This opens an observational window on the first stages of
phase transition between diffuse/warm and denser/colder gas under the
presence of magnetic fields, allowing us to constrain their role in
structure formation in the ISM.

In my talk I will present an overview of the recent findings in the
diffuse Galactic ISM with the LOFAR radio polarization data. I will
highlight the relevance of a thorough statistical description of these
data both for Galactic studies and for modeling their impact as a
foreground to the detection of the atomic hydrogen 21cm hyperfine
transition from the Epoch of Reionization, a key step with the upcoming
Square Kilometre Array (SKA).
 
Vendredi 12 avril 2019, 14h00
Salle de l'atelier, Paris
Radiation magnetohydrodynamic models and spectral signatures of plasma flows accreting onto young stellar object
Salvatore COLOMBO
LERMA
résumé :
According to the largely accepted magnetospheric accretion scenario, classical T Tauri Stars (CTTSs) are young stars that accrete material from their circumstellar disk. The objective of my PhD project is to shed light on the processes governing the physics of the accreting plasma flows, through complete radiation magnetohydrodynamic models. In this talk, I will present the results obtained during my 18 month period in Paris.

First, I will focus on the results obtained from a 3D magnetohydrodynamical (MHD) model of a star-disk system. We simulate the effects of series of flares occurring on the surface of the disk. We observe that each flare produces a hot loops that links the star to the disk; all the loops build up a hot extended corona that irradiates the disk from above. Moreover, the flares trigger overpressure waves that travel through the disk and modify its configuration. Accretion funnels may be triggered by the flaring activity and thus contribute to the mass accretion rate of the star. The accretion columns can be perturbed by the flares. As a result, the streams are highly inhomogeneous, with a complex density structure, and clumped.

Second, I will provide the first assessment of the role of radiation effects on the dynamics and the structure of the impact region of the accreting column onto the stellar surface. In particular, we proved the existence of a radiative precursor in the pre-shock part of the accreting column. To achieve such a result, we have, for the first time, developed a Non Local Thermodynamic Equilibrium (non-LTE) radiation hydrodynamics model, which we implemented in the 3D MHD PLUTO code.”

 
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