Multispectral remote sensing of desert dust in the thermal infrared over Africa using MSG/SEVIRI
Télédétection multispectrale des poussières désertiques dans l'infrarouge thermique au-dessus de l'Afrique à partir de MSG/SEVIRI
Résumé
The limited level of understanding of the interaction between desert dust and the climate arises to a large extent from the high spatio-temporal variations of this aerosol concentration and properties. Remote sensing from space is an essential tool to improve the knowledge of this aerosol, as it can provide a long-term and global observation. The thermal infrared (TIR) is a spectral domain where the desert dust remote sensing is particularly efficient. Thus a dust index called IDDI (Infrared Difference Dust Index), has been developed through the use of the TIR channel of Meteosat over land.
This study focusses on correcting the failings of the current IDDI and using the new MSG/SEVIRI TIR channels to develop a new multispectral IDDI.
Our approach is based on the analysis of the effects of dust, surface wind, Sun elevation and water vapour, on the top-of-atmosphere radiance, using the radiative transfer code MODTRAN. The influence of surface emissivity on TOA radiance is also analysed. A method of IDDI correction is then derived, with respect to the impacts of surface wind and Sun elevation. This study is extended to the MSG/SEVIRI TIR channels taking into account the spectral variations of aerosol properties and of surface emissivity. The results show an increased sensitivity for the 8.7 and 10.8 µm channels, and a multispectral IDDI is proposed in order to improve the correlation between IDDI and aerosol optical depth measured by the AERONET network at five Sahelian sites. This new IDDI is tentatively designed to improve the observation of the desert aerosol outbreaks over Africa.
This study focusses on correcting the failings of the current IDDI and using the new MSG/SEVIRI TIR channels to develop a new multispectral IDDI.
Our approach is based on the analysis of the effects of dust, surface wind, Sun elevation and water vapour, on the top-of-atmosphere radiance, using the radiative transfer code MODTRAN. The influence of surface emissivity on TOA radiance is also analysed. A method of IDDI correction is then derived, with respect to the impacts of surface wind and Sun elevation. This study is extended to the MSG/SEVIRI TIR channels taking into account the spectral variations of aerosol properties and of surface emissivity. The results show an increased sensitivity for the 8.7 and 10.8 µm channels, and a multispectral IDDI is proposed in order to improve the correlation between IDDI and aerosol optical depth measured by the AERONET network at five Sahelian sites. This new IDDI is tentatively designed to improve the observation of the desert aerosol outbreaks over Africa.
Notre compréhension de l'interaction entre poussières désertiques et climat est encore limitée, en partie parce que la concentration et les propriétés de cet aérosol présentent une grande variabilité spatiale et temporelle. La télédétection spatiale qui présente l'avantage d'une observation globale est donc un outil indispensable. L'infrarouge thermique (IRT) est un domaine spectral où la détection de l'aérosol désertique est particulièrement efficace. Ainsi, l'utilisation du canal IRT de Météosat au-dessus des terres, a permis le développement d'un indice qualitatif de poussière, appelé IDDI (Infrared Difference Dust Index).
L'objectif de cette étude est de corriger les défauts de l'IDDI et d'utiliser les nouveaux canaux dans l'IRT de MSG/SEVIRI pour développer un indice multispectral.
Ce travail s'appuie sur l'analyse des effets de la poussière, du vent de surface, de l'élévation solaire et de la vapeur d'eau sur la luminance au sommet de l'atmosphère, à l'aide du code de transfert radiatif MODTRAN. L'influence de l'émissivité de surface sur la luminance en présence de poussière est aussi analysée. Une méthode de correction de l'IDDI est proposée pour tenir compte des perturbations liées au vent de surface et à l'élévation solaire. L'étude est ensuite étendue aux trois canaux MSG/SEVIRI compte tenu des variations spectrales des propriétés de l'aérosol et de l'émissivité. Les résultats montrent une sensibilité accrue dans les canaux 8.7 et 10.8 µm, et un IDDI multispectral est proposé pour améliorer la corrélation entre IDDI et épaisseur optique mesurée par le réseau AERONET sur cinq sites sahéliens. Ce nouvel IDDI permettra d'améliorer le suivi des soulèvements de poussière sur l'Afrique.
L'objectif de cette étude est de corriger les défauts de l'IDDI et d'utiliser les nouveaux canaux dans l'IRT de MSG/SEVIRI pour développer un indice multispectral.
Ce travail s'appuie sur l'analyse des effets de la poussière, du vent de surface, de l'élévation solaire et de la vapeur d'eau sur la luminance au sommet de l'atmosphère, à l'aide du code de transfert radiatif MODTRAN. L'influence de l'émissivité de surface sur la luminance en présence de poussière est aussi analysée. Une méthode de correction de l'IDDI est proposée pour tenir compte des perturbations liées au vent de surface et à l'élévation solaire. L'étude est ensuite étendue aux trois canaux MSG/SEVIRI compte tenu des variations spectrales des propriétés de l'aérosol et de l'émissivité. Les résultats montrent une sensibilité accrue dans les canaux 8.7 et 10.8 µm, et un IDDI multispectral est proposé pour améliorer la corrélation entre IDDI et épaisseur optique mesurée par le réseau AERONET sur cinq sites sahéliens. Ce nouvel IDDI permettra d'améliorer le suivi des soulèvements de poussière sur l'Afrique.
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