Processing satellite images for mapping ocean surface currents
Traitement d'images satellitaires appliqué à la cartographie numérique quantitative de la circulation océanique superficielle
Résumé
This work demonstrates that ocean surface currents may be mapped using a couple of temperature maps derived from satellite data and the heat equation reduced to instationary advection of heat. Temperature maps originate from the AVHRR sensors abord the NOAA series of satellites. Solving the equation requests several steps. Satellite data must be carefully calibrated and atmospheric effects must be correced. Temperature images must be then navigated in order to make them superimposable. They are filtered to smooth out high frequencies. Averaging the two maps yields the horizontal gradient and their difference yields the time derivative. Interpolation of isotherms increases the number of points for solving the equation for a better mapping. The stream field is determined along the isotherms hat intercept a set of points where the stream function is known. Examples are shown for an eddy of the Gulf Stream and surface current in the Gulf of Lions. This method is difficult to set up because the number of points that can be used for mapping is often small and the resulting map does not offer a good geographical coverage.
A partir d'une analyse diachronique de thermographies satellitaires, il est possible de calculer le courant à la surface de l'océan en faisant appel à l'équation de conservation de la chaleur, réduite à une équation d'advection instationnaire. Les thermographies sont issues des données des satellites de la série NOAA, équipés d'un capteur AVHRR. La résolution de l'équation passe par plusieurs étapes de traitement numérique. L'obtention des températures réelles de la mer requiert un étalonnage du capteur satellitaire ainsi qu'une correction des effets atmosphériques. Les thermographies sont rectifiées géométriquement afin de les rendre superposables. Elles sont ensuite filtrées afin d'éliminer les fréquences indésirables. La moyenne des deux thermographies fournira le gradient horizontal et leur différence, la dérivée temporelle. L'interpolation des isothermes en prenant appui sur une transformée en distance permettra d'augmenter le nombre de points de résolution de l'équation pour obtenir une meilleure cartographie du courant. Le champ de courant sera déterminé le long des isothermes interceptant un ensemble de points pour lesquels la fonction de courant est connue. La détermination automatique de la précision du modèle sera faite en parcourant de manière opposée la démarche utilisée pour calculer la fonction de courant. L'analyse d'un tourbillon issu du Gulf Stream et du courant dans le golfe du Lion illustre les différentes étapes de ce calcul du courant superficiel. Cette méthode de détermination du courant marin de surface est délicate à mettre en oeuvre car le nombre de points de résolution de l''équation est souvent très faible et il en résulte une cartographie du vecteur courant difficile à réaliser.