SWIM / CFOSAT SURFACE MARINE    Chinese-French Oceanographic Satellite

PROBLEMATIQUE / OBJECTIFS SCIENTIFIQUES :

Dans le cadre de ses objectifs sur la surface et l’interface marine, le LATMOS développe depuis de nombreuses années des instruments radar dédiés à la mesure des vagues et du vent, et a proposé la mission CFOSAT qui devrait être lancée en 2018. La France est responsable d’un des deux instruments de la charge utile, le radar SWIM proposé par le LATMOS pour la mesure des conditions d’état de mer (spectre des vagues, hauteur significative des vagues, densité de probabilité des pentes). La méthode de mesure des spectres de vagues est entièrement nouvelle pour une mesure depuis l’espace. Elle est inspirée des méthodes que nous avons développées depuis les années 90 à partir de mesures aéroportées (radar RESSAC puis STORM) et permet de s’affranchir d’un certain nombre de limites connues des radars imageurs pour l’observation des vagues depuis l’espace. Le radar SWIM mesurera la section efficace normalisée dans une géométrie multi-faisceaux pointant vers le nadir (comme un altimètre) et autour de 2, 4, 6 8, et 10° d’incidence alternativement, chaque faisceau effectuant un balayage cônique sur 360° autour de l’axe vertical. Les faisceaux pointant à 6, 8 10° seront utilisés pour estimer le spectre directionnel des vagues.  Les travaux menés pendant la période 2009-2013 ont porté notamment sur la préparation des algorithmes d’inversion pour l’estimation du spectre des vagues à partir des signaux radar, et sur la préparation d’un radar aéroporté fonctionnant sur le même principe et à la même fréquence (13.5 GHz) que SWIM : le radar KUROS.

(a)	(b)	(c)

(a): Spectre omni-directionnel de hauteur de vagues fourni par la sortie du modèle de prévision des vagues WAM-MF (noir) et le résultat issu de la simulation et de l’inversion (rouge)

(b) Spectre directionnel donné par le modèle WAM –symétrisé en direction

(c) Spectre directionnel issu de la simulation et de l’inversion. Les partitions de houle et mer du vent sont indiquées par des contours bleu et rouge, respectivement. Ces résultats se rapportent à un cas simulant la tempête qui a conduit au naufrage du Prestige (13 novembre 2002).

Pour plus d'information, sur la mission franco-chinoise CFOSAT (video de 3mn 46s):

http://videotheque.cnes.fr/index.php?urlaction=doc&id_doc=25072

RESULTATS : 

Nous participons, avec le CNES, au développement de l’outil de simulation simuSWIM qui permet de simuler, à partir d’un spectre de vagues donné, une surface de mer, le  signal radar tenant compte de la diffusion par la surface et des défauts instrumentaux (bruits,..). Ces données simulées sont ensuite inversées pour restituer un spectre de vagues. Différents types d’état de mer et différentes versions de l’inversion sont testées pour mettre au point la chaîne de traitement qui sera utilisée pour la mission CFOSAT. La figure illustre les résultats dans un cas d’état de mer représentant les conditions de tempête associée au naufrage du « Prestige » (13 novembre 2002). Elle montre que l’état de mer tel que prévu par le modèle WAM est bien restitué par la simulation (à l’ambigüité en direction près) dans ce cas de très forte mer (hauteur des vagues 5.8 m, vent de surface 22 m/s) composé d’une houle dominante (longueur d’onde dominante 300m direction NO-SE) et d’une mer du vent (longueur d’onde dominante  90m dans la direction SW-NE). Par l’analyse d’un ensemble de cas, on a pu montrer que la plus grande incertitude concerne l’estimation de l’énergie du spectre (supérieure à 20% dans certains cas), tandis que la direction et la longueur d’onde dominantes des spectres de vagues pourront être estimées dans la plupart des cas avec une incertitude inférieure à 15° et 10%, respectivement, conformément à la spécification scientifique. Il est prévu d’utiliser les mesures de la visée nadir pour réduire l’erreur sur l’énergie du spectre.

Le radar aéroporté KuROS a été mis en œuvre pour la première fois pour des tests en avril 2012 à bord de l’avion de recherche ATR42. La première campagne de mesures géophysique s’est déroulée en association avec la campagne HYMEX-SOP2 en février-mars 2013. Les radars SWIM de CFOSAT et KuROS seront également utilisés pour l’étude des surfaces continentales avec un accent mis sur les zones semi-arides et la cryosphère.

[Tison et al., ESTER, C-ACT, 2011]