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OpenEdition Books

Quatre ans de recherche urbaine 2001-2004. Volume 2

 | 
Émilie Bajolet
, 
Marie-Flore Mattéi
, 
Jean-Marc Rennes

V. Milieux physiques, ambiances urbaines et technologies

Microclimats urbains et occupation des sols : observations satellitaires de Paris et Los Angeles*

Bénédicte Dousset

Texte intégral

  • * Recherche n’ayant pas fait l’objet d’une présentation lors du colloque.
  • 1 Climatologue urbain, chercheur au Hawaii Institute of Geophysics and Planetology, University of Ha (...)

1Note portant sur l’auteur1

INTRODUCTION

2L’urbanisation altère les flux d’énergie de surface, génère des microclimats et provoque une différence de température entre les zones rurales et urbaines appelée îlot de chaleur. L’augmentation des températures urbaines modifie les réactions chimiques dans l’atmosphère, la concentration et la diffusion des polluants, et crée des sources d’inconfort et de danger pour la santé.

3La standardisation, la couverture globale, la haute résolution spatiale et temporelle des capteurs satellitaires et l’intégration des données dans les Systèmes d’Information Géographique facilitent le suivi des états de surfaces et de leurs propriétés physiques.

4Notre contribution à l’Action Concertée Incitative Ville a porté sur l’utilisation des observations satellitaires multi capteurs pour tenter d’approfondir la compréhension prédictive des processus physiques qui déterminent la dynamique des microclimats urbains.

MÉTHODOLOGIE

Fig. 1 – Traitement et analyse des données satellitaires.

5Les données satellitaires ont été utilisées pour extraire certains paramètres des flux de chaleur de surface, estimer leur variabilité spatio-temporelle et l’analyser en fonction de l’occupation des sols.

6La méthodologie est fondée sur la production d’images statistiques thermiques infrarouges NOAA-AVHRR à un kilomètre de résolution, d’indices de végétation et de classifications des sols dérivés d’images multi spectrales SPOT-HRV à vingt mètres de résolution. Les données thermiques infrarouges de Paris ont été enregistrées en août 1998, durant la campagne de mesures « ESQUIF » (Étude et Simulation de la Qualité de l’air en Île-de-France) [Menut et. al., 2000] ; celles de Los Angeles en juillet août 1984-1985, durant la campagne de mesures « BASIN » (Basic Studies on Airflow Smog and Inversion) [Wakimoto, Wurtele, 1984]. L’étude de Londres a été abandonnée, suite au manque de mesures in situ pour la validation.

7Les images ont été géoréférencées et géocodées. Des imagettes ont été extraites des images NOAA-AVHRR initiales. La température de surface, dérivée de la température de radiance, tient compte des effets d’absorption de la radiation infrarouge par les composants de l’atmosphère, de la variation spectrale et spatiale de l’émissivité de surface, et de l’angle de vue des satellites. Pour Paris, par exemple, la classification des sols, construite selon un algorithme de nuées dynamiques, a été fusionnée avec les données thermiques selon une fonction zonale pour estimer les températures associées aux types d’occupation des sols, et une fonction régionale pour calculer le pourcentage d’un de ces types dans un pixel thermique donné.

8La figure 1 illustre la démarche suivie pour le traitement et l’analyse des données satellitaires.

RÉSULTATS

9La figure 2 représente le cycle de température de trois sites, extraits des quatre-vingt-cinq images statistiques du bassin de Los Angeles.

10À 4h25, les surfaces de Chino Fields (en grande banlieue) se sont refroidies plus rapidement que celles de Santa Monica (sur la côte) tempérées par l’influence océanique, ou celles du centre-ville qui radie encore la chaleur stockée dans ses structures, durant la journée. À 8h30, la couche d’air marin égalise la température radiative du bassin. À 14h50, le flux de chaleur sensible domine le bilan radiatif du centre ville, tandis qu’à Chino Fields et Santa Monica le flux d’indifférence latente est plus important. Ce contraste génère un îlot de chaleur de 9ºC entre le centre-ville et Chino Fields.

Fig. 2 – Cycle diurne de température de surface à Los Angeles.

11Les images statistiques de Paris mettent en évidence la variabilité spatiale des températures. La nuit, on observe un îlot de chaleur centré sur Paris intra muros dont l’intensité est proportionnelle à la densité du bâti, dérivé de l’image des modes d’occupation du sol (figures 3 et 5). Le jour, les surfaces s’échauffent plus vite dans les zones industrielles de la banlieue nord, est, et sud-est, en raison de la nature des surfaces : mode d’occupation, émissivité, capacité thermique, etc. (figure 4 – image thermique infrarouge NOAA-AVHRR, et figure 5).

Fig. 3 – Classification des sols de Paris (SPOT).

Fig. 4 – Température de surface à 14h50 (AVHRR).

Fig. 5 – Température de surface/Densité de bâti.

Fig. 6 – Température de surface/Index de végétation.

12La fusion des données thermiques et des modes d’occupation des sols, à l’aide d’un Système d’Information Géographique, améliore l’interprétation des microclimats et révèle des caractéristiques climatiques inhérentes aux plans d’urbanisme de Paris et de Los Angeles [Dousset, Gourmelon, 2003].

13La relation entre végétation et température de surface est illustrée, en figure 6, par l’histogramme bidimensionnel des variables d’indice de végétation et d’amplitude de température de surface (nuit/après-midi) à Paris. La forte corrélation négative souligne le rôle de la végétation dans la répartition des flux de chaleur. Elle indique une diminution de la chaleur sensible, résultant de la conversion d’une partie de l’énergie radiante en énergie latente. Des résultats identiques ont été observés à Los Angeles.

CONCLUSION ET DÉVELOPPEMENTS

14Ces résultats démontrent l’importance des observations multi capteurs pour l’analyse des processus physiques qui déterminent la dynamique des microclimats urbains, en particulier leur variation spatiale qui ne peut être obtenue par aucun autre système de mesure. Les objectifs de ce projet ont été atteints et les résultats communiqués à l’échelle internationale. Les publications sont accessibles sur le site: http://www.satlab.hawaii.edu/​urban/​.

15L’assimilation des données satellitaires dans les modèles de simulations numériques de la couche limite urbaine se poursuit dans d’autres projets, elle nécessite encore le développement d’algorithmes prenant en compte les particularités inhérentes aux mesures satellitaires. Actuellement, l’analyse thermique des surfaces de Paris sert de référence pour l’étude de l’incidence des températures radiatives et des modes d’occupation des sols sur les risques sanitaires, durant la vague de chaleur d’août 2003, en Île-de-France.

VALORISATION

16Publications

17Dousset B., Gourmelon F., (2003), « Satellite multi-sensors data analysis of urban surface temperatures and landcover », ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote sensing, Elsevier, vol. 58, pp. 43-54.

18Dousset B., Gourmelon F., (2003), « Observations satellitaires des microclimats urbains », dans MATTEI M.-F., PUMAIN D. (dir.), Données Urbaines 4, Economica CNRS-Anthropos.

19Dousset B., Gourmelon F., (2003), « Surface temperatures of the Paris basin during summertime, using satellite remote sensing data », dans Proceedings of the 5th International Conference on Urban Climate, WMO/IGU/AMS, Lodz.

20Dousset B., Gourmelon F., (2001), « Remote sensing applications to the analysis of urban microclimates », dans Proceedings of the Joint Workshop on Remote Sensing and Data Fusion over Urban Areas, Rome, IEEE/ISPRS, pp. 168-172.

21Communications internationales

22Dousset B., (2000), « The complementary use of Sars and Scatterometers in the study of backscatter anisotropy over urban area », International Geophysics and Remote Sensing Symposium, IEEE, Honolulu, USA, July 2000, [communication publiée dans des actes].

23Dousset B., (2001), « Remote sensing applications to the analysis of urban microclimates », First Joint Workshop on Data Fusion and Remote Sensing over Urban Areas, IEEE/ISPRS/ESA, Rome, Italy, novembre 2001.

24Dousset B., (2003), « Surface temperatures of the Paris basin during summertime, using satellite remote sensing data », 5th International Conference on Urban Climate, WMO/IGU/AMS, Lodz, Poland, septembre 2003.

25Communications

26Dousset B., (2000), « Apports et contraintes des observations satellitaires pour l’étude des interactions surfaces atmosphère en zone urbaine », Atelier Télédétection Urbaine, CNRS, École Centrale de Nantes, décembre 2000.

27Dousset B., (2000), « Interactions surface atmosphère en milieu urbain », Séminaire de Géomatique, Université de Bretagne Occidentale et Institut Universitaire Européen de la Mer, Brest, décembre 2000.

28Dousset B., (2000), « Microclimats urbain et occupation des sols: observations satellitaires », Séminaire ACI-Ville Milieux physiques, ambiances urbaines et technologie, Ministère de la Recherche, Paris, mai 2000.

29Dousset B., (2000), « Microclimats urbains et occupation des sols », Séminaire ACI-Ville, Ministère de la Recherche, Paris, décembre 2000.

30Dousset B., (2001), « Télédétection des surfaces urbaines », Séminaire de Géosciences et Géomatique, Université de Bretagne Occidentale et Institut Universitaire Européen de la Mer, Brest, décembre 2001.

Bibliographie

RÉFÉRENCES

Menut L., Vautard R., Flamant C., Abonnel C., Beekmann M., Chazette P., Flamant P.-H., Gombert D., Guédalia D., Kley D., Lefebvre M.-P., Lossec B., Martin D., Mégie G., Perros P., Sicard M., Toupance G., (2000), « Measurements and modelling of atmospheric pollution over the Paris area : an overview of the ESQUIF Project », Ann. Geophysicae, n° 18, pp. 1467-1481.

Wakimoto R. M., Wurtele M. G., (1984), « Project BASIN », Bulletin of American Meteorological Society, vol. 65, pp. 1210-11.

Notes

1 Climatologue urbain, chercheur au Hawaii Institute of Geophysics and Planetology, University of Hawaii, USA.

Notes de fin

* Recherche n’ayant pas fait l’objet d’une présentation lors du colloque.

Table des illustrations

Légende Fig. 1 – Traitement et analyse des données satellitaires.
URL http://books.openedition.org/pufr/docannexe/image/519/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 305k
Légende Fig. 2 – Cycle diurne de température de surface à Los Angeles.
URL http://books.openedition.org/pufr/docannexe/image/519/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 206k
Légende Fig. 3 – Classification des sols de Paris (SPOT).
URL http://books.openedition.org/pufr/docannexe/image/519/img-3.jpg
Fichier image/jpeg, 475k
Légende Fig. 4 – Température de surface à 14h50 (AVHRR).
URL http://books.openedition.org/pufr/docannexe/image/519/img-4.jpg
Fichier image/jpeg, 154k
Légende Fig. 5 – Température de surface/Densité de bâti.
URL http://books.openedition.org/pufr/docannexe/image/519/img-5.jpg
Fichier image/jpeg, 150k
Légende Fig. 6 – Température de surface/Index de végétation.
URL http://books.openedition.org/pufr/docannexe/image/519/img-6.jpg
Fichier image/jpeg, 179k

Auteur

Responsable scientifique

Avec la collaboration de Françoise Gourmelon (Laboratoire Géomer, UMR 6554/CNRS, I.U.E.M/U.B.O., Plouzané).


mailto:doussetf@univ-brest.fr
Laboratoire Géomer
UMR 6554/CNRS
I.U.E.M/U.B.O.
Place Nicolas Copernic
29280 Plouzané
Tél. : 02 98 49 86 81
&
Hawaii Institute of Geophysics and Planetology
University of Hawaii
1680 East-West Road
Honolulu – HI 96822
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