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Université du Québec
INRS-Eau Terre et Environnement
Développement d'un algorithme satellitaire à seuils évolutifs
pour le suivi de l'étendue spatiale
du
couvert nival
au
Québec-Labrador et son adaptation à l'estimation d'ensemble
Par
Sophie Roberge
Mémoire présenté pour l'obtention du grade de
Maître es Sciences (M.Sc.) en Sciences de l'eau
Jury d'évaluation
Directeur
Co-directrice
Examinateur interne
Examinateur externe
Août 2013
Karem Chokmani
INRS-ETE
Danielle De Sève
Institut de recherche d'Hydro-Québec
Alain Rousseau
INRS-ETE
Jean-Pierre Dedieu
Université Joseph-Fourier
© Sophie Roberge, 2013
Remerciements
Je tiens à remercier personnellement
mon
directeur Karem Chokmani et
ma
co~directrice
Danielle
De
Sève de m'avoir fait confiance durant ces deux années et demie pour mener à bien
ce
projet de recherche.
Les
judicieux conseils de Karem et Danielle ont été cruciaux pour
le
bon
déroulement de cette étude et
la
rédaction de
mon
mémoire
de
maîtrise. Je les remercie aussi
de m'avoir offert l'opportunité de faire des stages pratiques dans les locaux de l'Institut
de
Recherche
d'Hydro~Québec
(IREQ) à Varennes et de présenter les résultats de mes recherches
à l'assemblée générale
de
l'European Geosciences Union 2012 à Vienne.
Je tiens également à remercier
le
réseau Mitacs,
le
Fonds Québécois
de
Recherche sur
la
Nature et les Technologies (FQRNT) ainsi que l'IREQ qui ont financé
ce
projet. Je remercie
aussi Rasim Latifovicdu Centre Canadien de Télédétection de nous avoir fourni
le
système de
prétraitement automatisé des images
NOAA~AVHRR,
sans lequel je serais encore entrain de
géoréférencer manuellement mes images! Je remercie mes examinateurs Alain Rousseau et
Jean~Pierre
Dedieu, pour avoir accepté de réviser
ce
mémoire. Leurs commentaires et
suggestions m'ont permis de mieux expliquer mes travaux et mes résultats de recherche.
À mes collègues étudiant(e)s et ami(e)s, merci pour
le
support et
la
bonne compagnie durant
ces années ardues.
Le
temps passe toujours plus rapidement lorsqu'on est bien entouré.
iii
Résumé
Le
couvert nival joue
un
rôle important dans
le
cycle hydrologique
du
Québec. Par conséquent,
l'évaluation de son étendue spatiale intéresse
au
plus haut point les autorités responsables de
la
gestion des ressources
en
eau,
en
particulier Hydro-Québec. L'objectif de
la
présente étude
est
le
développement d'un algorithme satellitaire à seuils évolutifs pour
le
suivi de l'étendue
spatiale du couvert nival
au
Québec-Labrador et son adaptation à l'approche de l'estimation
d'ensemble. Cet algorithme est spécifique à
la
météorologie et à l'occupation
du
sol prévalant
sur
ce
territoire.
Il
est constitué de six seuils hiérarchiques, appliqués de façon séquentielle pour
la
détection de
la
neige, de
la
non-neige et des nuages sur les images AVHRR-KLM
(1
km)
acquises durant les périodes transitoires d'établissement et de fonte printanière
du
couvert nival
pour
la
période 1988 à 2011.
Les
sorties cartographiques des approches classique et
d'estimation d'ensemble ont été validées à partir des observations locales de neige
au
sol à
20
stations météorologiques et sept stations GMON pour déterminer
la
performance de l'algorithme
de cartographie.
Le
taux de succès global de l'algorithme classique est supérieur à 95%.
Le
taux de détection
de
la
neige est supérieur à 90%. " chute toutefois à
65%
en
zone forestièré.
L'approche d'estimation d'ensemble possède une performance inférieure à celle de l'algorithme
classique. Cette performance plus faible
en
zone forestière par les deux approches s'explique
par
le
fait que les seuils empiriques de l'algorithme ont été calculés sur l'ensemble des
conditions historiques
du
Québec-Labrador sans toutefois faire une distinction entre les
différentes occupations
du
sol
ni
les conditions météorologiques actuelles.
Ce
calcul cause donc
une omission de
la
neige dans certaines régions que sont les zones forestières du
sud
du
Québec. Cet effet est exacerbé dans l'estimation d'ensemble
en
raison
du
déplacement des
frontières de délimitation entre
la
neige,
la
non-neige et les nuages. " est recommandé
d'adapter les seuils de l'algorithme
en
fonction de l'occupation du
sol
et des conditions
météorologiques actuelles afin d'améliorer
la
qualité des sorties cartographiques pour
le
suivi
du
couvert nival
en
temps réel.
Mots-clés: couvert nival, neige, algorithme de cartographie, seuils évolutifs, NOAA-AVHRR,
Québec, Labrador, estimation d'ensemble
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