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Lundi 26 novembre 2012 Contact: Juliette Lambin juliette.lambin@cnes.fr (+33 5 61 28 31 74)

Missions satellite pour l’étude des océans et du climat. Juliette Lambin, CNES, DSP/TEC. Lundi 26 novembre 2012 Contact: Juliette Lambin juliette.lambin@cnes.fr (+33 5 61 28 31 74) ). Océans: Que mesure-t-on depuis l’espace?.

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  1. Missions satellite pour l’étude des océans et du climat Juliette Lambin, CNES, DSP/TEC Lundi 26 novembre 2012 Contact: Juliette Lambin juliette.lambin@cnes.fr (+33 5 61 28 31 74) )

  2. Océans: Que mesure-t-on depuis l’espace? • Topographie de surface - courants: TOPEX/POSEIDON, ERS, GFO, ENVISAT, JASON-1, JASON-2 CRYOSAT-2,HY-2, JASON-3/CS, SWOT, SENTINEL-3 • Vent de surface : ERS, SEAWINDS/ADEOS-2, QuikSCAT METOP-1, METOP-2,OCEANSAT-2 , Hy-2,CFOSAT… • Température de surface : ERS, Satellites météo, ADEOS-2, ENVISAT Satellites météo, Sentinel-3 • Hauteur et spectre des vagues : ERS, ENVISAT, RADARSAT (-1, -2, -3)TerraSAR(-L), Cosmo, CFOSAT, • Couleur de l’eau: SeaWIFS, MODIS, ENVISAT, OCEANSAT, HY-1 • Géoide : CHAMP, GRACE, GOCE • Salinité : SMOS, AQUARIUS …

  3. L’océan physique et les mesures spatiales Description de la « machine océan » et de ses interactions avec l’atmosphère • Les satellites permettent de mesurer les paramètres physiques de l’océan: • Température de surface • Vent de surface • Topographie de surface (altimétrie) • Dynamique de l’océan • Elévation du niveau de la mer • Marées • Etat de mer (vagues, houle, nappes) • Salinité • Glaces de mer Grande maturité de ces techniques, bon niveau de coordination internationale Techniques plus récentes, mais déjà largement exploitées

  4. L’environnement marin et les mesures spatiales Assimilation dans des modèles (MERCATOR / MyOcean) , pour avoir une synthèse de l’état de l’océan • Essentiellement les mesures de l’océan « physique », plus: • La couleur de l’eau: accès aux concentrations en chlorophylle, et donc à la concentration en phytoplancton • Le suivi des animaux marins, via les systèmes Argos • La détection de surfaces « lisses », liées à des nappes d’hydrocarbures, des nappes d’algues Imagerie optique: SeaWIFS, MODIS, ENVISAT, Sentinel-3 Système ARGOS Radar: ENVISAT, Sentinel-1

  5. Niveau moyen par altimétrie: dernière courbe (Aviso)

  6. Hausse du niveau de la mer au cours du 20ème siècle Altimétrie spatiale + 3.3 mm/an Marégraphes + 1.8 mm/an Holgate and Woodworth, 2004 Church et al., 2004, 2006

  7. Niveau moyen par altimétrie: variations géographiques (Aviso)

  8. Besoin en termes d’échantillonnage • Ordre de grandeur des principaux processus océaniques. (Dérivé de Dickey et al, et Chelton et al 2001) • Ordre de grandeur de la capacité d’échantillonnage altimétrique pour une constellation à 2 – 4 altimètres(globale et meilleures conditions locales)

  9. Besoin multi-mission communément admis • au minimum une mission “de référence” (TOPEX,Jason-1,2,3…) pour l’altiémtrie haute précision • Sert ausi à recaler les autres missions • Besoin de missions complémentaires • Niveau des mer, recherche => au minimum 2 altimètres • Océanographie opérationnelle (temps quasi-réel) => au minimum 4 altimètres • Futur (haute résolution, mésoéchelle) => SWOT, constellations

  10. 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 22 Saral/AltiKaFr./India HY-2AChina HY-2B China CRYOSAT-2 Europe SWOT USA/France GFO-2 USA Jason-2Europe/USA Altimetryvirtual constellation status Launch Date 08 09 21 Reference Missions - Higher Accuracy/Medium Inclination Move to geodetic orbit 12/01 Jason-1 Fr./USA Jason-CS A and B Europe/USA Jason-3 Europe/USA Complementary Missions - Medium Accuracy/Higher Inclination Sentinel-3A Europe ENVISATEurope 3/02 Sentinel-3C/D Lost Sentinel-3B Europe 2/98 GFOUSA Broad-Coverage Mission Extended Life Approved Proposed Design Life Operaing fp July 2012

  11. GRAVIMETRIE SPATIALE – Missions • CHAMP, GRACE et GOCE • Mesure du Géoïde et de ses variations. • Essentiel pour • la précision des missions altimétriques (orbitographie) • La connaissance du géoïde=> topographiedynamiqueabsolue • Bilan en masse des glaces et bassinshydrologiques

  12. Jason series • Jason-1 and 2: Operational mission underway • Productsdistributedroutinely • CNES operationsfundedthrough SALP • Tandem flight: orbitsinterleaved in space and time: best configuration for operationalneeds • Jason-1 launched in 2001, in extendedlifetimesince 2004. Moved to geodeticorbit in 2012. • End of life planning activities • Jason-2 launched in 2008, in nominal lifetime • Jason-3 in development phase, launchplanned for end of 2014.

  13. CFOSAT dans la constellation OSVW(Ocean Surface Vector Wind) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 22 HY-2AChina CFOSatChina/France HY-2B China Meteor-M3 Russia METOP-AEurope GCOM-W2 with DFS Japan/u.s. GCOM-W3 Japan/u.s. Oceansat-3 India Oceansat-2India Launch Date 08 09 21 Bande C 10/06 Post EPS Europe METOP-B Europe METOP-C Europe Bande Ku 6/99 QuickScatUSA Bandes C & Ku Design Life Extended Life Proposed Needed Approved Operating

  14. GMES Space component: Sentinelrpogramsat ESA

  15. Sentinel 1 - Sentinel 3 Sentinel-1 (A & B): • SAR Imaging radar SAR • Continuity ASAR/ENVISAT • Launch end 2013 • Oceanparameters: • Sea state • Surface currents, • Shipdetection, • Slickdetection… Sentinel-3 (A & B) : • 3 Instruments (continuityenvisat) • TOPO: Altimetrypayload (altimeter, radiometer, POD) • OLCI: oceancolor • SLSTR: sea surface temperature • Launch: ~2014 et ~2017 Also in GMES Space component: Jason-CS (not yetapproved): • Reference altimetry mission, continuity of Jason-3 • Launch 2018?

  16. One slide on…HY-2A HY for HaiYáng (ocean) SSO orbit, ~970 km 14-day cycle (2 years), then 168-day (geodetic) orbit for 1 year • Physicaloceanography satellite from "China National Space Administration" (CNSA), • Altimetrypayload: Ku-C altimeter, Ku/K/Ka radiometer, LRA, GPS, DORIS • Ku-band Wind scatterometer • 5-frequency radiometer (SST°) • CNES participation: • POD processing • Inclusion of altimetry data into AVISO multimissionproduct (after validation) • Launched August 15, 2011 • Orbit data of good quality • Limited set of altimetry data received at CNES for validation • Waiting for regular delivery from NSOAS to include Hy-2 intercalibrated data into AVISO/DUACS system (serving in particular MyOcean)

  17. One slide on… SARALSatellite for Argos and ALtiKa • Cooperation with ISRO • (India Space Research organization) • Ka-band nadir altimetry mission • Higher precision, shorter along-track sampling • Gap filler between ENVISAT & SENTINEL3 • Same orbit as ENVISAT (35 days, SSO) • New Ka-band altimeter, higher precision, compact design, integrated radiometer/altimeter • POD: DORIS, LRA • Other CNES payload Argos-3 instrument, X-band telemetry • Status: • launch scheduled for12/12/12 • PSLV launcher (ISRO) • Data policy : ~ the same as JASON missions • PI: Jacques Verron (LEGI)

  18. Two slides on… CFOSATChina-France Oceanography SATellite • SSO Orbit, 7am descending • 519 km altitude, 13-days cycle • China-France Cooperation • Currently in phase C/D • Launchexpected end of 2014 • SWIM, new spaceborneinstrument • technology innovations (antenna, on-board digital processing) • Nadir chanel ~altimeter • SCAT, new concept of wind scatterometer • Ku-band, rotating fan-beam • Access to 2D wave spectrum with high angular resolution and with global scale • Joint measurements of winds and waves • PI: Danièle Hauser (CNRS/LATMOS)

  19. SWIM instrument Surface Waves Investigation and Monitoring Real aperture radar in Ku-band 6 incidence angles: 0°, 2°, 4°, 6°, 8° et 10° • Rotation speed: 5.7 rpm Will measure: Directionnal wave spectrum in the wavelenght range 70-500 m Accuracy: 10% on wavelength, 15° on direction, 15% on spectral level around the peak SWH and wind speed from nadir Normalized radar cross-section from 0° to 10° Absolute accuracy of ±1 dB, relative accuracy between incidences ± 0.1 dB Airborne instrument in 2012 (KUROS) 20

  20. OSTST 2011 – Juliette Lambin

  21. 00:00 UTC 06:00 UTC 08:00 UTC 10:00 UTC 15:00 UTC Prestige SOS 14:00 UTC Reference: 2D spectrum from WAM model CFOSAT/SWIM estimation (simulations from SimuSWIM) Hs: 6.5 m U: 17.3 m/s Hs: 5.1 m U: 11.7 m/s Hs: 5.8 m U: 22.2 m/s Hs: 6.1 m U: 8.8 m/s Hs: 6.5 m U: 21.0 m/s

  22. One slide on…SWOTSurface Water and Ocean Topography • Hydrology and Oceanography mission • Global, repeatedhigh-resolutionelevationmeasurements of ocean and inland water bodies • Baseline payload : • Ka-band interferometric altimeter (KaRIn) • Traditional altimetry payload • CNES budget secured in March’11 through GeneralInvestment Fund • NASA/CNES Cooperation scheme approved • Mission Concept Review succesfully passed in Sept 2012 • Phase A just started at NASA… • CNES involvement: • Participation in KaRIn • DORIS, Altimeter • Platform • Ground segment Launch ~2020 !

  23. Mission SWOT: Surface Water and Ocean Topography T/P Jason 100 km • Mission proposée dans le cadre d’une collaboration NASA/CNES, pour un lancement vers 2018 • Le futur de l’altimétrie (cartographie haute résolution, côtier) • Une révolution à venir en hydrologie

  24. De l’altimétrie nadir à l’altimétrie à fauchée(courtesy J.-C. Souyris) ground resolution Improvement of range resolution ground resolution swath swath Speed (azimuth – along-track) range 1° 4°

  25. La synthèse d’ouverture ALONG TRACK ALONG TRACK Azimuth resolution Azimuth resolution On utilise le déplacement du satellite pour « simuler » une antenne radar plus large, donc une résolution au sol plus fine

  26. From nadir altimetry to swath altimetry Interferometric Phase (r1-r2) Baseline Orbit (DORIS, GPS) Range (on-board clock) A2 A1 B q r2 r1 H M Height restitution by interferometry h

  27. Conclusion / remarques Océans Un bon nombre de paramètres sont accessibles par des mesures spatiales Essentiellement océan physique, avec des limites à garder en tête Surface de l’océan « impénétrable » Cas particuliers: altimétrie et gravimétrie qui donnent accès à une observable « intégrée » Echantillonage: compromis revisite, couverture Résolution vs fauchée Aliasing des signaux haute fréquences: marées, surcôtes etc. Climat Difficultés spécifiques Continuité inter- missions Étalonnage: comment, sur quoi, hypothèses sous-jacentes ? Signaux en limite de détectabilité

  28. Jason series SWOT Thank you ! SARAL CFOSAT

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