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PLAN DE PRÉSENTATION
1.  Objectif de l’étude
2.  Définitions
Ø  îlot de chaleur urbain
Ø  correction atmosphérique
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1. Objectif de l’étude
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Définition
Un ICU est une région métropolitaine qui est significativement plus chaude
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Définition
Les corrections atmosphériques visent à soustraire du signal mesuré au
capteur, celui induit par les effets de ...
2. Contexte
•  Changements climatiques, urbanisation galopante, rehaussement des
températures (IPCC, 2007) et augmentation...
3. Méthodologie
Données

Métadonnées fournies avec les
images «http://glovis.usgs.gov/»

Images satellites
Landsat-5 :
Ø ...
Méthode

Conditions atmosphériques (on en tient compte)

DRAFT – Page 8 – October 12, 2013
Étape1 : Corrections radiométriques de
canaux optiques et calcul de l’indice de
végétation (NDVI)

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1.  Résultat; études de cas sur six
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Montréal

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Landsat 5TM du 5 juillet 2008
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Exemples sur des secteurs résidentiels et industriels
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AVANT

Températures de surface
Exemples sur des secteurs résidentiels et industriels
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APRÈS

Températures de surface
APRÈS correction
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28.5°C

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Étude de cas avec 6 images
Landsat 5 TM
POS:1996 et 2001

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Les centres commerciaux et industriels, les édifices à bureaux obtiennent
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Validation des résultats
Prises de mesure In Situ à 10h30 (14/7/2011)
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Validation des résultats
Les toits de l’UQÀM
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(gazon et gazon+terr...
Validation des résultats
31 août 2011
Landsat 5TM 10h26
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Conclusion
• Les corrections atmosphériques rehaussent systématiquement les températures
de surface.
• Les surfaces très m...
Travaux futurs
• Réévaluer au regard des corrections atmosphériques les
plans de reverdissement, d’intervention et de
sens...
Exemple d’application en santé publique avec la superposition des températures
de surface sur les secteurs résidentiels

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Apport de la correction atmosphérique sur l'imagerie satellitale Landsat pour l'identification des îlots de chaleur urbains de surface dans la région de Montréal

  1. 1. APPORT DE LA CORRECTION ATMOSPHÉRIQUE DE L’IMAGERIE SATELLITALE LANDSAT SUR L’IDENTIFICATION DES ÎLOTS DE CHALEUR URBAINS DE SURFACE DANS LA RÉGION DE MONTRÉAL (QUÉBEC) 4 octobre 2013 Salle A Arouna Berthé UQÀM Yves Baudouin (UQÀM) Amadou Idrissa Bokoye (EC) Philippe Martin (EC) Philippe Gachon (EC)
  2. 2. PLAN DE PRÉSENTATION 1.  Objectif de l’étude 2.  Définitions Ø  îlot de chaleur urbain Ø  correction atmosphérique 3.  Contexte 4.  Méthodologie 5.  Résultats 6.  Conclusion et perspectives
  3. 3. 1. Objectif de l’étude Améliorer l’identification des îlots de chaleur urbains (ICU) de surface de Montréal en tenant compte de l’influence des constituants atmosphériques. DRAFT – Page 3 – October 12, 2013
  4. 4. Définition Un ICU est une région métropolitaine qui est significativement plus chaude que ses zones rurales aux alentours. ICU de la couche limite = température de l’air ICU à la canopée urbaine = température de l’air ICU de surface = température des surfaces
  5. 5. Définition Les corrections atmosphériques visent à soustraire du signal mesuré au capteur, celui induit par les effets de l’atmosphère en termes de processus d’absorption et de diffusion dus aux gaz comme l’ozone, la vapeur d’eau et les aérosols. Particules dans l’air, COV (composé organique volatile) smog et vapeur d’eau peuvent obstruer le signal des surfaces reçu aux capteurs
  6. 6. 2. Contexte •  Changements climatiques, urbanisation galopante, rehaussement des températures (IPCC, 2007) et augmentation de la pollution, canicule (été 2010 à Montréal); •  Corrections atmosphériques embryonnaires dans la région de Montréal; •  Utilisation de l’imagerie satellitale brute, sans correction atmosphérique; •  Non prise en compte de l’influence des éléments atmosphériques sur le signal reçu par le capteur et sur la formation des ICU de surface; •  Liens entre ICU et qualité de l’air peu étudiés; •  Nécessité d’améliorer la caractérisation intra-urbaine du champs thermique, le phénomène des ICU et l’étude du climat urbain; •  ICU est une problématique d’actualité qui intéresse nombres d’institutions (municipalité, santé publique, sécurité publique, urbanistes, paysagistes, etc.)
  7. 7. 3. Méthodologie Données Métadonnées fournies avec les images «http://glovis.usgs.gov/» Images satellites Landsat-5 : Ø  10 juillet 1984 Ø  29 juin 1994 Ø  27 juin 2005 Ø  5 juillet 2008 Ø  14 juillet 2011 Landsat-7 : 8 juin 2001 Ø  Dates d’acquisition Ø Angle solaire Ø  Luminances maximales et minimales des bandes 3;4;6. Occupation du sol: Ø  1996 Logiciels Ø  2001 •  REFLECT( Traitement des paramètres atmosphériques) •  PCI (Correction des images Landsat) •  ARGIS (Extraction des moyennes thermiques par taxon) DRAFT – Page 7 – October 12, 2013
  8. 8. Méthode Conditions atmosphériques (on en tient compte) DRAFT – Page 8 – October 12, 2013
  9. 9. Étape1 : Corrections radiométriques de canaux optiques et calcul de l’indice de végétation (NDVI) Transformation des valeurs numériques en luminances dans les bandes du rouge et du proche infrarouge * Méthode LSAT = (VN − VN MIN ) LMAX − LMIN + LMIN Wm− 2 sr −1µm−1 VN MAX − VN MIN [ ] Transformation des luminances en réflectances au niveau du capteur dans les bandes rouge et proche infrarouge psat = π ∗ π ∗ Lsat Esol ∗ sin EL) Transformation des réflectances au niveau du capteur dans les bandes rouge et proche infrarouge en réflectance au sol psol P − Patm = sat Tatm Calcul de l’indice de végétation NDVI = PPIR − p ROUGE p PIR + p ROUGE Étape2: création d’une image approximative d’émissivité des matériaux en vue des calculs de température de surface Étape3 : Création d’une image de température de surface Segmentation du NDVI Création d’un masque d’eau en lui attribuant un seuil de 0.1. Création d’un masque sans couvert végétal en fixant un seuil de 0.15 et qui exclue les surfaces d’eau. Création d’un masque de couvert végétal partiel en imposant le double seuil compris entre 0.15 et 0.7 Création d’un masque de couvert végétal complet incluant les pixels non assignés à aucune des classes des étapes (1, 2,3). Transformation des valeurs numériques en luminance dans la bande infrarouge thermique −L * L LSAT = (VN − VN MIN ) MAX MIN + LMIN Wm− 2 sr −1µm−1 VN MAX − VN MIN [ Transformation des luminances obtenues dans l’étape 1 en température apparente au niveau du capteur; Landsat5 Landsat7 Tsat = Tsat = Calcul des températures des objets (températures de surface) ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ 1282.71 − 273 ⎛ 666.09 ⎞ ⎟ ln⎜1 + ⎜ ⎟ Lsat ⎝ ⎠ Calcul des températures apparentes au niveau du sol; 1262.56 Tsat = 1262.56 ⎛ 607.76 ln⎜1 + ⎜ Lobje t ⎝ 1262.56 − 273 ⎛ 607.76 ⎞ ⎟ ln⎜1 + ⎜ ⎟ Lsat ⎝ ⎠ Transformation des luminances au niveau du capteur en luminance au sol (correction des effets atmosphériques). (Lsat − Latm ) Lsol = Tatm Création de l’image d’émissivité se fait en attribuant des valeurs (0.97) au masque d’eau; (0.88) au masque de matériaux à nu ; 1.00+0.05In(NDVI) au masque à couverture végétale partielle; (0,985) au masque à couverture végétale Tsat = ] − 273 ⎛ 607.76 ⎞ ⎟ ln⎜1 + ⎜ Lsol ⎟ ⎝ ⎠ − 273 Calcul de la luminance de l’objet due à sa propre température; (Lsol (1 − ε ) * Lciel ) Lobjet = ε
  10. 10. 1.  Résultat; études de cas sur six images Landsat en période estivale à Montréal Exemple avec une image Landsat 5 TM du 5 juillet 2008 à 10h30 à Montréal (température de surface)
  11. 11. Landsat 5TM du 5 juillet 2008 AVANT APRÈS CORRECTION CORRECTION
  12. 12. Landsat 5TM du 5 juillet 2008 APRÈS CORRECTION Les corrections atmosphériques rehaussent systématiquement les températures de surface des images Landsat.
  13. 13. Différence APRÈS-AVANT correction atmosphérique pour le 5 juillet 2008 température de surface Hydrographie et champs agricoles (ou espaces verts) Tissu urbain
  14. 14. Normalized Difference Build-up Index NDBI = Mid IR - Near IR Mid IR + Near IR Secteur résidentiel Secteur industriel Fleuve
  15. 15. Exemples sur des secteurs résidentiels et industriels Image Google Earth AVANT Températures de surface
  16. 16. Exemples sur des secteurs résidentiels et industriels Image Google Earth APRÈS Températures de surface
  17. 17. APRÈS correction atmosphérique AVANT correction atmosphérique 32°C 28.5°C 33.5°C 34°C Exemple avec le projet de l’école St-Clément (INSPQ) La correction permet d’affiner les résultats et l’analyse 5 juillet 2008 LANDSAT 5TM 10h30 31.5°C
  18. 18. Étude de cas avec 6 images Landsat 5 TM
  19. 19. POS:1996 et 2001 SIG °C en surface Les centres commerciaux et industriels, les édifices à bureaux obtiennent plus de gain.
  20. 20. Validation des résultats Prises de mesure In Situ à 10h30 (14/7/2011) Site de Brossard (INSPQ) Correspond à un passage Landsat 5TM 1 - Terre bac = 2 - Gravier = Types de surface 20.2°C 43.4°C 3 - Piste cyclable = 34.4°C 4 - Bloc béton = 28.4°C 5 - Piste gravier = 38.8°C 6 - Gazon ombre = 19.5°C 7 - Gazon soleil = 8 - Gazon+terre = 6 7 4 30.5°C 36.1°C 1 8 5 2 3
  21. 21. Validation des résultats Les toits de l’UQÀM (gravier similaire) avant après Hippodrome de Montréal (gazon et gazon+terre) avant après 25.6°C 31.7°C 26.08°C 42.5°C 14 juillet 2011 Landsat 5TM 10h30 30.29°C 36.08°C
  22. 22. Validation des résultats 31 août 2011 Landsat 5TM 10h26 AVANT APRÈS CIRRUS Température de surface d’un parc urbain avant correction 7°C versus 10°C après correction.
  23. 23. Conclusion • Les corrections atmosphériques rehaussent systématiquement les températures de surface. • Les surfaces très minéralisées sont les plus affectées thermiquement (avec +8 °C en moyenne), puis viennent les secteurs résidentiels (+5 °C) et enfin les espaces végétalisés (+4 °C). • La différence est moins d’un degré dans les trois types d’occupation du sol (minéralisé, secteur résidentiel, et végétalisé) après correction atmosphérique, mais varie entre 4.9 et 11.7 oC avant correction. • Les corrections atmosphériques appliquées avec le logiciel REFLECT sont très pertinentes en zone urbanisée et le suivi des îlots de chaleur de surface à partir de la télédétection multispectrale. • Les études antérieures sur les climats urbains (via l’imagerie satellitale) sousestimeraient la capacité des matériaux de surface à emmagasiner la chaleur (sans correction atmosphérique). La température de surface des villes est sans doute plus chaude que l’on ne le pense.
  24. 24. Travaux futurs • Réévaluer au regard des corrections atmosphériques les plans de reverdissement, d’intervention et de sensibilisation de la sécurité publique, et de la santé publique lors des canicules à Montréal. • Quantifier l’apport de la température de surface à la température de l’air sur l’île de Montréal, et de proposer un outil d’aide à la décision pour les avertissement de chaleur accablante permettant de mieux cibler dans l’espace et le temps, les secteurs de la ville où ces seuils seront atteints. Amélioration de la carte de vigilance
  25. 25. Exemple d’application en santé publique avec la superposition des températures de surface sur les secteurs résidentiels Remerciements •  Yves Baudouin (UQÀM) •  Philippe Martin (EC) Directeur de stage et de Maîtrise Superviseur du stage

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