Use of remote sensing for évapo- transpiration monitoring over land surfaces

Monitoring évapotranspiration (ET) at large scales is important for assessing climate and anthropogenic effects on natural and agricultural ecosystems. This paper describes techniques used in evaluating ET with remote sensing, which is the only technology that can efficiently and economically provide regional and global coverage. Some of the empirical/statistical techniques have been used operationally with satellite data for computing daily ET at regional scales. The more complex numerical simulation models require detailed input parameters that may limit their application to regions containing a large database of soils and vegetation properties. Current efforts are being directed towards simplifying the parameter requirements of these models. Essentially all energy balance models rely on an estimate of the available energy (net radiation less soil heat flux). Net radiation is not easily determined from space, although progress is being made. Simplified approaches for estimating soil heat flux appear promising for operational applications. In addition, most ET models utilize remote sensing data in the shortwave and thermal wavelengths to measure key boundary conditions. Differences between the radiometric surface temperature and aerodynamic temperature can be significant and progress in incorporating this effect is evident. Atmospheric effects on optical data are significant, and optical sensors cannot see through clouds. This has led some to use microwave observations as a surrogate for optical data to provide estimates of surface moisture and surface temperature; preliminary results are encouraging. The approaches that appear most promising use surface temperature and vegetation indices or a time rate of change in surface temperature coupled to an atmospheric boundary layer model. For many of these models, differences with ET observations can be as low as 20% from hourly to daily time scales, approaching the level of uncertainty in the measurement of ET and contradicting some recent pessimistic conclusions concerning the utility of remotely sensed radiometric surface temperature for determining the surface energy balance. Utilisation de la télédétection pour le suivi de l'évapotranspiration sur les terres Résumé Le suivi à grande échelle de l'évapotranspiration (ET) est important pour évaluer l'impact des effets climatiques et anthropiques sur les écosystèmes naturels ou agricoles. Cet article décrit les techniques Open for discussion until I February 1997 496 W. P. Kustas & J. M. Norman utilisées pour estimer l'ET grâce à la télédétection, qui est la seule technologie permettant de fournir une couverture régionale ou planétaire de façon efficace et économique. Certaines méthodes empiriques et/ou statistiques utilisant des données satellitaires ont été utilisées opérationnellement pour estimer l'ET quotidienne à l'échelle régionale. Les modèles de simulation numérique les plus complexes exigent l'introduction de paramètres détaillés qui peut limiter leur application aux régions pour lesquelles existe une importante base de données concernant les sols et la végétation. Les efforts actuels tendent à limiter les exigences en termes de paramètres de ces modèles. Fondamentalement, tous les modèles de bilan d'énergie s'appuient sur une estimation de l'énergie disponible (différence entre la radiation nette et le flux de chaleur dans le sol). Il n'est pas facile de mesurer la radiation nette à partir de l'espace, bien que des progrès aient été enregistrés. Des méthodes simplifiées d'estimation du flux de chaleur dans le sol semblent prometteuses pour les applications opérationnelles. De plus la plupart des modèles d'ET utilisent la télédétection dans la gamme des courtes longueurs d'onde et du rayonnement thermique pour mesurer les conditions aux limites les plus importantes. Les différences entre la température radiométrique de surface et la température aérodynamique peuvent être significatives et le gain à attendre de la prise en compte de cet effet est évident. Les effets de l'atmosphère sur les données optiques sont importants, et les capteurs optiques ne peuvent pas voir à travers les nuages. Ceci a conduit certains chercheurs à utiliser des observations dans la gamme des micro-ondes comme substitut aux données optiques afin de fournir des estimations de l'humidité des sols et de la température de surface; les résultats préliminaires sont encourageants. Les approches apparaissant comme les plus prometteuses consistent à utiliser la température de surface et des indices de végétation ou le taux de variation de la température de surface au cours du temps couplés à un modèle de couche limite atmosphérique. Pour beaucoup de ces modèles les différences entre le calcul et l'ET observée peuvent descendre à 20 % pour des échelles de temps allant de l'heure à la journée, qui sont de l'ordre de grandeur de l'incertitude sur la mesure de l'ET, ce qui contredit certains jugements pessimistes récents mettant en cause l'utilité de la mesure de la température radiométrique de surface par télédétection pour estimer le bilan d'énergie de surface.