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EXTRACTION DES PARAMÈTRES OPTIQUE DES AÉROSOLS AU-DESSUS DES SURFACES TERRESTRES À 
PARTIR DES IMAGES AVHRR-NOAA 
Alain ROYER, Norman T. O'NEILL, et Pierre CÔTÉ 
CARTEL, Université de Sherbrooke, Québec, Canada J1K 2R1 
Bruce McARTHUR 
Atmospheric Environment Service, Downsview, Ontario, Canada 
RÉSUMÉ 
Une procédure de cartographie des aérosols au-dessus des continents est proposée à partir de l'inversion des luminances 
apparentes enregistrées par le capteur AVHRR des satellites NOAA dans les canaux visibles (1) et infrarouge (2). La 
comparaison des valeurs déduites des images au-dessus de surfaces végétales et d'eau, avec des mesures d'épaisseur 
optique des aérosols effectuées au sol dans 4 stations différentes dans l'Est du Canada permet une première validation de 
la méthode. Cependant le manque de données simultanées sol-image ne permet pas d'apprécier précisément l'erreur due 
aux variations de surface dans l'inversion. Les problèmes de réflectance bidirectionnelle et de discrimination des surfaces 
végétales stables et homogènes considérées (forêt boréale par exemple) sont discutés. 
Mots clés: Aérosols, AVHRR-NOAA, modèle d'inversion, surfaces végétales et eau. 
ABSTRACT 
EXTRACTION OF AEROSOL OPTICAL PARAMETERS OVER CONTINENTAL AREAS 
USING NOAA-AVHRR IMAGES 
A procedure for the mapping of aerosols over continental areas using the inversion of apparent radiances recorded by the 
NÔAA-AVHRR sensor in the visible (1) and infrared channels (2) is proposed. The procedure is evaluated by comparing 
aerosol optical depths derived from the images over vegetation and water targets with ground based measurements 
acquired at four stations in eastern Canada. 
The results show weak correlation over vegetation sites and stronger correlation over water bodies. Various factors which 
influence the observed scatter over the vegetation sites are discussed. There include effects of bidirectional (non 
Lambertian) reflectance, target inhomogeneity and spatial sampling problems. 
1. INTRODUCTION 
Les aérosols troposphériques peuvent jouer un rôle 
important dans le bilan radiatif de la Terre. Des 
variations de leurs propriétés optiques et physiques 
(concentration, taille et nature) peuvent en effet entraîner 
des variations importantes des effets d'absorption et de 
diffusion du rayonnement qu'ils provoquent dans le 
spectre solaire ( de 0,3 à 4,0 |im). De plus, les 
variations spatiales de ces paramètres permettent 
d'analyser leurs sources et puits ainsi que le transport 
des masses d'air associées. 
La caractérisation des aérosols est donc un problème 
important que les satellites d'observation de la terre 
permettent dans une certaine mesure d'appréhender 
quantitativement. Par exemple, la détermination de leur 
concentration intégrée sur une colonne verticale ou de 
leur épaisseur optique d'atténuation est actuellement 
bien étudiée par de nombreux auteurs à partir des 
luminances du capteur AVHRR (Advanced Very High 
Resolution Radiometer) des satellites météorologiques 
NOAA. Cependant toutes ces études ont été effectuées 
au-dessus de l'océan (Rao et al., 1989; O'Brien et 
Mitchell, 1988; Royer et al., 1988; Takayama et 
Takashima, 1986). 
La présente étude examine la possibilité de déterminer 
l'épaisseur optique des aérosols au-dessus des 
continents. L'inversion des luminances satellitaires au- 
dessus de surfaces végétales denses et homogènes 
comme la forêt boréale et des lacs de grande taille est 
discutée à partir d'une série chronologique d'image 
NOAA 9, 10 et 11 des étés 1987 et 1989 dans l'Est du 
Canada (région des Grands lacs et bouclier canadien) 
(Tableau 1). 
2. MÉTHODOLOGIE 
Le principe du modèle d'inversion des luminances 
AVHRR dans les canaux 1 (~ 0,58 - 0,68 |im) et 
2 (~ 0,73 - 1,10 |im) des satellites NOAA est 
schématisé par l'organigramme de la Figure 1. Dans les 
conditions d'un ciel sans nuage, le signal reçu au 
capteur est fonction de l'absorption et de la diffusion 
atmosphérique (où les effets moléculaires sont supposés 
découplés de ceux des aérosols) et de l'albédo de la 
surface sous-jacente. Ainsi, pour une surface de 
réflectance stable et connue, on peut, moyennant 
certaines hypothèses sur la nature des aérosols 
(distribution de la taille et indice de réfraction) 
considérer que les changements de luminances 
apparentes au capteur ne sont dus qu'aux variations des 
effets optiques de ces aérosols. 
Comme le canal 1 est centré dans la bande d'absorption 
chlorophylienne, il est raisonnable d'admettre que la 
signature spectrale de la végétation dense à forte 
biomasse reste stable. Les sites de végétation sont 
obtenus par seuillage d'une image de l'indice de 
végétation [NDVI = (canal 2 - canal 1) / (canal 2 + canal 
1)] . On peut ainsi discriminer trois types de surfaces: 
eau, végétation et autres (sol nus, pixels mixtes, 
nuages...). Pour l'eau et la végétation, il est nécessaire 
de définir un modèle de réflectance. Dans la bande 
rouge (0,6-0,7 [tm), la réflectance de la forêt est de 
l'ordre de 2-3% (Kfaufman et Sendra, 1988). 
Cependant, si on intègre ces valeurs sur une bande 
passante plus large (cas du canal 1 de AVHRR), la 
réflectance intégrée peut être plus grande, de l'ordre de 
4 à 6% suivant les modèles. Dans cette étude, une