Estimation et Modélisation d'épaisseur de la banquise à partir du SAR et de l'altimétrie radar. – SITEMSA

La diminution de l’étendue de la banquise, et le changement de couleur de l’océan arctique associé ont un impact fort sur le changement climatique. De plus, cette diminution s’accompagne d’une variabilité accrue des conditions de la banquise qui impacte la sûreté du transport maritime et des habitants de l’Arctique lors de leur déplacement en mer ou sur la banquise.
Afin de quantifier ces impacts ou de faire des prévisions météorologiques, des modèles physiques de la banquise sont utilisés. Ces modèles sont initialisés avec l’épaisseur de la banquise (sea ice thickness, SIT). Cette épaisseur est mesurée par des satellites altimètres, qui produisent des mesures peu denses, car ponctuelles le long de leur trajectoire. De plus, la mesure de l’altitude de la glace par les radars altimètre est biaisée par la présence d’étangs de fonte en été et la présence de neige en hiver crée une forte incertitude.
Dans ce travail, des images SAR de Sentinel-1 (S1) seront utilisées pour compenser les changements d’état de surface de la banquise et étendre la couverture spatiale des mesures de SIT. Les avantages de capteurs actifs sont qu’ils couvrent une large zone à chaque acquisition, et que leur acquisition est journalière en Arctique pendant l’entièreté de l’année. Afin d’améliorer la résolution des cartes de SIT, de nouveaux algorithmes d’apprentissage profond seront conçus pour le traitement conjoint des données SAR et altimètre. Ce projet est construit en trois étapes:
1. Le développement d’une nouvelle méthode de cartographie haute-résolution de la banquise à partir d’images SAR S1 soit par apprentissage semi-supervisé en utilisant un petit nombre d’images Sentinel-2 (S2) imageant la même banquise que les images S1, soit par apprentissage faiblement en utilisant les mesures de concentration de banquise (sea ice concentration, SIC) obtenue par ASMR2 ou MODIS.
2. Le développement d’une nouvelle méthodologie d'apprentissage pour la mesure de la dérive de la banquise, utilisant les données basses résolutions obtenues grâce à ASMR2, et incluant la modélisation physique au travers de simulation haute résolution du modèle océan-banquise NEMO-SI3.
3. Le développement d’une méthode bayésienne permettant de l'estimation de la SIT sur l’ensemble de l’année par l’amélioration en été de la classification des échos altimétriques dans les classes “eau” et “glace” à partir de leur forme et des informations SAR disponibles. Ces informations de SIT seront ensuite extrapolées en se basant sur les statistiques des images radar, pour obtenir une meilleure couverture spatiale des mesures de SIT.
Ces travaux seront permis par la création d’un jeu de données couvrant deux zones régionales en Arctique, incluant l'ensemble des données précitées, recalées, qui sera mis à disposition de la communauté.
Ces nouveaux algorithmes pourront permettre de guider le développement de nouveaux outils pour les futurs capteurs tels que l’altimètre CRYSTAL ou HARMONY, le compagnon de S1. L’amélioration de la résolution des cartes de SIT permettra d’obtenir des mesures de SIT plus proches des zones côtières, zones dans lesquelles se situe la majeure partie du trafic maritime. Ces cartes hautes résolutions pourront être utilisées pour comprendre la dynamique de la banquise, ainsi que l’interaction entre la glace de mer et le vêlage d'icebergs. Cela contribuera aussi à la validation des modèles physiques de banquise à des résolutions fines, afin de guider le développement des futurs modèles de banquise. Lorsque ces méthodologies seront étendues à de plus grandes échelles, elles pourront servir opérationnellement à la navigation ou être assimilées à des modèles pour en améliorer les prédictions.