Guide des instruments et des méthodes d’observation Volume IV – Observations spatiales Édition 2018 TEMPS CLIMAT EAU TEMPS CLIMAT OMM-N° 8 Guide des instruments et des méthodes d’observation Volume IV – Observations spatiales Édition 2018 OMM-N° 8 NOTE DE L’ÉDITEUR La base de données terminologique de l’OMM, METEOTERM, peut être consultée à l’adresse http://public.wmo.int/fr/ressources/meteoterm. Il convient d’informer le lecteur que lorsqu’il copie un hyperlien en le sélectionnant dans le texte, des espaces peuvent apparaître après http://, https://, ftp://, mailto:, et après les barres obliques (/), les tirets (-), les points (.) et les séquences de caractères (lettres et chiffres). Il faut supprimer ces espaces de l’URL ainsi recopiée. L’URL correcte apparaît lorsque l’on place le curseur sur le lien. On peut aussi cliquer sur le lien et copier l’adresse qui s’affiche dans le ruban du navigateur. OMM-N° 8 © Organisation météorologique mondiale, 2018 L’OMM se réserve le droit de publication en version imprimée ou électronique ou sous toute autre forme et dans n’importe quelle langue. De courts extraits des publications de l’OMM peuvent être reproduits sans autorisation, pour autant que la source complète soit clairement indiquée. La correspondance relative au contenu rédactionnel et les demandes de publication, reproduction ou traduction partielle ou totale de la présente publication doivent être adressées au: Président du Comité des publications Organisation météorologique mondiale (OMM) 7 bis, avenue de la Paix Tél.: +41 (0) 22 730 84 03 Case postale 2300 Fax: +41 (0) 22 730 81 17 CH-1211 Genève 2, Suisse Courriel: [email protected] ISBN 978-92-63-20008-2 NOTE Les appellations employées dans les publications de l’OMM et la présentation des données qui y figurent n’impliquent, de la part de l’Organisation météorologique mondiale, aucune prise de position quant au statut juridique des pays, territoires, villes ou zones, ou de leurs autorités, ni quant au tracé de leurs frontières ou limites. La mention de certaines sociétés ou de certains produits ne signifie pas que l’OMM les cautionne ou les recommande de préférence à d’autres sociétés ou produits de nature similaire dont il n’est pas fait mention ou qui ne font l’objet d’aucune publicité. TABLEAU DES MISES À JOUR Partie/ Date chapitre/ Objet de l’amendement Proposé par Approuvé par section TABLE DES MATIÈRES Page CHAPITRE 1. INTRODUCTION ................................................... 1 1.1 Perspective historique ........................................................ 1 1.2 Échelles spatiales et temporelles ............................................... 1 1.3 Complémentarité des observations effectuées depuis l'espace et en surface .......... 2 CHAPITRE 2. PRINCIPES D'OBSERVATION DE LA TERRE DEPUIS L'ESPACE ............. 3 2.1 Orbites et conditions d'observation ............................................ 3 2.1.1 Champ de vision des instruments satellitaires .............................. 3 2.1.2 Période orbitale, orbite géostationnaire, cycle d’observation et cycle de répétition 4 2.1.3 Précession orbitale, orbites héliosynchrones et dérives orbitales .............. 9 2.1.4 Orbites elliptiques ..................................................... 11 2.1.5 Lanceurs et injection en orbite ........................................... 12 2.2 Principes de la télédétection .................................................. 14 2.2.1 Spectre électromagnétique et plages utilisées pour la télédétection ........... 14 2.2.2 Lois fondamentales de l'interaction entre le rayonnement électromagnétique et la matière ......................................... 17 2.2.3 Observations dans les fenêtres atmosphériques ............................ 21 2.2.3.1 Rayonnement émergent. 21 2.2.3.2 Mesures dans les bandes visibles, proche infrarouges et infrarouges à ondes courtes. 22 2.2.3.3 Mesures dans les bandes infrarouges à ondes moyennes et infrarouges thermiques ....................................... 23 2.2.3.4 Mesures dans les bandes d'hyperfréquences ..................... 25 2.2.4 Observations dans les bandes d'absorption. 27 2.2.4.1 Équation du transfert radiatif. 27 2.2.4.2 Récupération des profils. 28 2.2.4.3 Sondage au limbe ............................................ 31 2.2.5 Télédétection active .................................................... 32 2.2.5.1 Occultation radio. 32 2.2.5.2 Radar ....................................................... 33 2.2.5.3 Lidar ....................................................... 38 2.3 Segments spatial et terrien .................................................... 42 2.3.1 Segment spatial ....................................................... 42 2.3.1.1 Services de la plate-forme. 42 2.3.1.2 Systèmes de navigation et de positionnement .................... 43 2.3.1.3 Orientation et stabilisation. 44 2.3.1.4 Système de maintenance ...................................... 45 2.3.1.5 Transmission des données ..................................... 45 2.3.1.6 Services de retransmission des données. 47 2.3.2 Segment terrien ....................................................... 47 2.3.2.1 Station centrale de commande des satellites et d'acquisition des données à l'échelle du globe ............................... 48 2.3.2.2 Centres de contrôle des missions et des opérations ................ 48 2.3.2.3 Centres de traitement et d'archivage des données ................. 49 2.3.2.4 Distribution des données et des produits ......................... 49 2.3.2.5 Stations de réception utilisatrices ............................... 50 2.3.2.6 Niveaux de traitement des produits ............................. 50 CHAPITRE 3. INSTRUMENTS DE TÉLÉDÉTECTION .................................. 53 3.1 Caractéristiques fondamentales des instruments ................................ 53 3.1.1 Balayage, fauchée et cycle d'observation .................................. 53 3.1.2 Domaine spectral: radiomètres et spectromètres ........................... 56 3.1.3 Résolution spatiale (champ de vision instantané, pixel et fonction de transfert de modulation) ................................................ 58 3.1.4 Résolution radiométrique ............................................... 61 vi GUIDE DES INSTRUMENTS ET DES MÉTHODES D’OBSERVATION – VOLUME IV Page 3.2 Classification des instruments ................................................. 63 3.2.1 Imageur optique à moyenne résolution ................................... 64 3.2.2 Imageur optique haute résolution ........................................ 69 3.2.3 Sondeur à ondes courtes à balayage transversal ............................ 72 3.2.4 Sondeurs infrarouges à balayage transversal. 74 3.2.5 Radiomètres à hyperfréquences ......................................... 77 3.2.6 Limbosondeurs. 81 3.2.7 Sondeurs à occultation radio du Système mondial de navigation par satellite ... 83 3.2.8 Radiomètres à large bande .............................................. 84 3.2.9 Instruments de surveillance de l'éclairement énergétique solaire .............. 86 3.2.10 Imageurs d'éclairs ..................................................... 87 3.2.11 Radar de mesure de la nébulosité et radar de mesure des précipitations ........ 88 3.2.12 Diffusomètres radar .................................................... 90 3.2.13 Altimètres radar ....................................................... 92 3.2.14 Radar imageur (radar à synthèse d'ouverture) ............................. 93 3.2.15 Instruments reposant sur l’utilisation de lidars ............................. 96 3.2.16 Gradiomètres/accéléromètres ........................................... 98 3.2.17 Instruments de surveillance de l'activité solaire ............................. 99 3.2.18 Instruments de surveillance de l'environnement spatial ..................... 100 3.2.19 Magnétomètres et capteurs du champ électrique. 100 CHAPITRE 4. PROGRAMMES SATELLITAIRES ...................................... 103 4.1 Satellites météorologiques d'exploitation ....................................... 103 4.1.1 Constellation de satellites sur orbites géostationnaires ou très elliptiques. 104 4.1.2 Constellation de satellites sur orbites héliosynchrones ....................... 106 4.2 Missions spécialisées sur l'atmosphère. 106 4.2.1 Précipitations ......................................................... 106 4.2.2 Occultation radio ...................................................... 108 4.2.3 Rayonnement atmosphérique ........................................... 109 4.2.4 Chimie de l'atmosphère ................................................ 110 4.2.5 Dynamique de l'atmosphère ............................................ 111 4.3 Missions sur les océans et les glaces de mer ...................................... 111 4.3.1 Topographie de l'océan. 113 4.3.2 Couleur de l'océan ..................................................... 114 4.3.3 Vents à la surface de la mer .............................................. 114 4.3.4 Salinité de surface de la mer ............................................. 114 4.3.5 Vagues ............................................................... 114 4.4 Missions d'observation des terres émergées ..................................... 115 4.4.1 Principales missions opérationnelles ou quasi opérationnelles. 115 4.4.2 Constellation de surveillance des catastrophes ............................. 115 4.4.3 Surveillance à haute résolution dans toutes les conditions météorologiques (par radar à synthèse d'ouverture) ........................ 117 4.5 Missions d'étude