Introduction
Le GRGS est impliqué de longue date dans la modélisation du champ de gravité de la Terre. Les premiers modèles globaux du champ de gravité de la Terre, dénommés GRIM et représentés par les coefficients (Clm, Slm) de fonctions harmoniques sphériques, datent des années 70.Ces modèles (de GRIM-1 à GRIM-5) ont été réalisés en coopération entre le GRGS et un institut allemand (successivement TUM, DGFI puis GFZ). Depuis l’an 2000 et le lancement de la mission satellitaire CHAMP (DLR/GFZ), les modèles produits ont pris le nom EIGEN.
Ces modèles sont disponibles sur le site de « l’International Centre for Global Earth Models » (ICGEM) : http://icgem.gfz-potsdam.de/ICGEM/ICGEM.html
Après le lancement des satellites jumeaux GRACE (NASA/DLR) en 2002, l’équipe de Géodésie Spatiale du CNES/GRGS s’est impliquée dans la restitution des variations temporelles (autres que les marées) du champ de gravité à la périodicité décadaire par le traitement des mesures KBR inter-satellites dérivées.Jusque là, l’observation des variations du champ de gravité était restreinte à l’aplatissement dynamique de la Terre (coefficient C20) par l’analyse des perturbations orbitales des satellites LAGEOS à partir des données de suivi laser.
Les modèles variables GRACE sont décrits et délivrés sous forme de coefficients harmoniques sphériques, de cartes de hauteur de géoïde ou encore transformées en hauteur d’eau équivalente, à travers ce site ainsi que celui du BGI ( http://grace.obs-mip.fr).
Variations régionales
Les variations régionales des masses d’eau superficielles par inversion des mesures inter-satellites GRACE
Dans la perspective de l’étude des redistributions des masses d’eau à la surface de la Terre, une nouvelle approche a été proposée pour estimer des séries temporelles de cartes régionales de densité surfacique de masse par inversion des anomalies de différence de potentiel le long des arcs d’orbite courts des satellites GRACE. Ces anomalies sont déduites des mesures précises K-Band Range (KBR) de différences de vitesse entre les deux véhicules GRACE suivant la méthode de l’intégrale de l’énergie. Après correction des contributions des variations gravitationnelles connues (i.e., Terre solide, champs variables créés par les planètes, l’atmosphère, les océans, les marées, et aussi les mouvements du pôle) lors de l’ajustement d’orbite par le logiciel GINS développé au GRGS, les résidus de potentiel des phénomènes physiques non modélisés correspondent principalement aux variations hydrologiques sur les continents. Au lieu d’appliquer une méthode de régularisation matricielle, des contraintes spatiales (i.e., corrélations linéaires en fonction de la distance angulaire entre les éléments de surface) sont introduites pour stabiliser le système d’équations normales à résoudre pour estimer la distributions des hauteurs équivalentes d’eau, et pour atténuer efficacement le bruit dans les mesures KBR. Les premières séries de solutions régionales 2°x2° à 10 jours aux échelles continentales sont en cours de calcul et de validation au GRGS de Toulouse.
Contacts
G. Ramillien, CNRS, GRGS, OMP, Toulouse (ramillien@dtp.obs-mip.fr), R. Biancale, CNES, GRGS, OMP, Toulouse (richard.biancale@cnes.fr), L. Seoane, Post-doc. RTRA, GRGS, OMP, Toulouse (seoane@dtp.obs-mip.fr)
Référence : G. Ramillien, R. Biancale, S. Gratton, X. Vasseur and S. Bourgogne, GRACE-derived surface mass anomalies by energy integral approach. Application to continental hydrology, J. of Geodesy, in press, october 2010.
Solutions GRACE
Solutions GRACE (version 4) filtrées par ACI
Champs de gravité variables temporellement (RL04) du CSR, GFZ et JPL post-traités par ACI (modèles à 30 jours)
Description du produit: Une approche basée sur l’Analyse en Composantes Indépendantes (ACI) a été appliquée sur une combinaison des solutions GRACE mensuelles des centres de traitement officiels (CSR, GFZ et JPL) pour séparer les signaux géophysiques du bruit se manifestant sous forme de bandes méridiennes. Les solutions GRACE de niveau 2 ont au préalable été préfiltrées au moyen d’un filtre gaussien de rayon 400 ou 500 km pour vérifier la condition de non gaussianité nécessaire à l’application de la méthode ACI. Cette approche linéaire inverse permet de séparer les composantes statistiquement indépendantes du champ de gravité observé. La composante représentant les plus fortes énergies correspond aux eaux continentales. Les cartes d’anomalies de stock d’eau continentale sont disponibles d’août 2002 à décembre 2010.
Format
Les grilles globales des solutions GRACE filtrées par ACI sont exprimées en équivalent hauteur d’eau (mm) et ont le format suivant:
lon (°) lat (°) Equivalent hauteur d’eau CSR (mm) Equivalent hauteur d’eau GFZ (mm) Equivalent hauteur d’eau JPL (mm)
Références
Frappart F., Ramillien G., Maisongrande P., Bonnet M-P. (2010). Denoising satellite gravity signals by Independent Component Analysis, IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 7(3), 421-425, doi:10.1109/LGRS.2009.2037837.
Frappart F., Ramillien G., Leblanc M., Tweed S.O., Bonnet M-P., Maisongrande P. (2011). An independent Component Analysis approach for filtering continental hydrology in the GRACE gravity data, Remote Sensing of Environment, 115(1), 187-204, doi: 10.1016/j.rse.2010.08.017.
Satellite GOCE
Le satellite GOCE (Gravity field and Ocean Circulation Explorer) de l’ESA, lancé le 17 mars 2009, a pour mission de cartographier à l’aide de six accéléromètres embarqués le champ de gravité de la Terre depuis une altitude proche de 250 km. L’équipe CNES de Géodésie Spatiale participe au sein du consortium EGGc (European GOCE Gravity consortium) au traitement des mesures gradiométriques. La précision attendue est de 1 mGal à la résolution de 100 km (degré 200), soit 1 cm sur le géoïde.
Modèles régionaux
Modèles régionaux haute résolution du champ de pesanteur
L’équipe du LAREG/GRGS développe des modèles régionaux haute résolution du champ de pesanteur, combinant différents types de mesures gravimétriques et densifiant localement l’information dérivée de la gravimétrie spatiale. Pour ce faire, une approche de modélisation multi-échelles est notamment développée, utilisant des ondelettes définies en géométrie sphérique. Ce type d’approche s’avère en effet approprié pour combiner des données aux caractéristiques spatiales et spectrales variées. D’autre part, la prise en compte de mesures de gravimétrie mobile est d’un grand intérêt, car elle permet de couvrir les zones difficiles d’accès.