Field level soil moisture variability at 6 cm and 3 cm sampling depths: Implications for Microwave Sensor Validation

Adams, J.R., Berg, A.A., et McNairn, H. (2013). « Field level soil moisture variability at 6 cm and 3 cm sampling depths: Implications for Microwave Sensor Validation », Vadose Zone Journal, 12(3). doi : 10.2136/vzj2012.0070  Accès au texte intégral (en anglais seulement)

Résumé

Nous avons comparé les moments statistiques, à l’échelle des champs, de mesures de l’humidité volumique du sol effectuées à 6 cm et à 3 cm de profondeur. Les résultats sont utiles pour l’étalonnage et la validation au sol des algorithmes de télédétection hyperfréquence, opérations qui sont habituellement réalisées uniquement pour une profondeur de mesure fixe de 6 cm. Les expériences portant sur l’étalonnage et la validation sont essentielles pour l’élaboration et l’essai des algorithmes permettant d’extraire des données sur l’humidité du sol à partir de plateformes de télédétection hyperfréquence. Une conception optimale de l’échantillonnage au sol permet de réduire les sources d’erreur et les biais au moment de la collecte des données. Lorsqu’on conçoit des campagnes d’échantillonnage au sol, il est important de s’assurer que les mesures de l’humidité du sol effectuées in situ sont représentatives de la profondeur à laquelle le capteur hyperspectral peut extraire des données. En raison de la popularité des sondes à impédance portatives, les mesures de l’humidité volumique du sol sont généralement effectuées à une profondeur constante d’environ 0 à 6 cm et sont regroupées sur une étendue représentative d’un pixel. Cependant, la profondeur d’extraction de données des signaux hyperfréquences peut varier : dans les sols agricoles, elle est habituellement représentative de la couche de sol qui se trouve entre la surface et environ 5 cm (ou moins) de profondeur. On ne sait pas si l’écart entre la profondeur de mesure de l’humidité au sol et la profondeur d’extraction de données est une cause d’erreur importante au moment de l’étalonnage et de la validation du capteur. Nous avons tenté de résoudre cette question en analysant plus de 3 400 mesures par sonde à impédance effectuées dans 72 champs agricoles lors de quatre échantillonnages. L’humidité volumique du sol a été mesurée à environ 6 cm et 3 cm de profondeur, à 24 endroits dans chaque champ. Nous avons comparé les distributions d’échantillonnage observées et les moments statistiques pour ces deux profondeurs d’échantillonnage. Les résultats montrent que la majorité des champs présentent une distribution d’échantillonnage presque normale tant à 6 cm (60 sur 72) qu’à 3 cm (59 sur 72) de profondeur. Il existe une différence moyenne de 0,016 m3 m3 entre les moyennes de tous les champs, ce qui indique globalement que les échantillons prélevés à 6 cm de profondeur étaient plus humides que les échantillons prélevés à 3 cm de profondeur. Des différences significatives sur le plan statistique ont été constatées entre les profondeurs de mesure en ce qui concerne les moyennes des champs (23 sur 72), les distributions (21 sur 72) et les variances (9 sur 72). Ces résultats montrent qu’il est important de tenir compte des effets de la variabilité spatiale et de la variabilité de profondeur des mesures de l’humidité volumique du sol prises près de la surface dans le cadre des expériences d’échantillonnage au sol, dans le but de réduire les erreurs d’étalonnage et de validation des algorithmes d’extraction.

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