L’ensemble de données MODIS de l’albédo de la surface a été produit par le Centre canadien de télédétection (CCT) de Ressources naturelles Canada. Cet ensemble est constitué de données de l’albédo de la surface pour de larges bandes de lumière solaire à courte longueur d’onde, à des intervalles de 10 jours et couvrant toute la masse continentale du Canada ainsi que le nord des États-Unis, l’Alaska et le Groenland. L’ensemble de données, disponible depuis l’année 2000, a été constitué à partir de données du spectroradiomètre imageur à résolution moyenne (MODIS) installé à bord du satellite TERRA, qui offre une couverture mondiale tous les 1 à 2 jours dans 36 bandes spectrales allant du visible à l’infrarouge, et à des longueurs d’ondes thermiques comprises entre 405 et 14 385 nm. Les sept premières bandes spectrales (B1 à B7) allant de 459 nm à 2155 nm ont servi à estimer l’albédo de la surface. Les bandes B1 et B2 ont une résolution de 250 m, alors que la résolution des bandes B3 à B7 est de 500 m. Une méthode de réduction de résolution, utilisant un schéma de régression et de normalisation, a servi à réduire à 250 m la résolution des bandes B3 à B7, tout en conservant les propriétés radiométriques des données initiales. Afin d’obtenir des observations sous ciel dégagé à partir des données MODIS, nous avons produit des images composites pour une période de 10 jours au moyen d’une série d’algorithmes avancés (Luo et coll., 2008). Nous avons ensuite utilisé les images composites sur 10 jours de la réflectance dans les bandes B1 à B7 pour extraire un albédo spectral continu à l’aide d’un modèle BRDF (distribution du coefficient de réflexion bidirectionnel) combiné terre/neige. Selon cette méthode, le modèle BRDF modifié de RossThick-LiSparse (Maignan et coll., 2004), pour les terres, et le modèle de Kokhanovsky et Zege (2004), pour la neige, sont combinés linéairement afin de tenir compte de conditions de surface mixtes. Ils sont pondérés par la fraction nivométrique (0,0 ~ 1,0). Les albédos pour les sept bandes spectrales ont ensuite été convertis en albédo de la surface pour des bandes larges de rayonnement de courte longueur d’onde à l’aide de l’équation polynomiale empirique pour le MODIS mise au point par Liang et coll. (1999). Le produit de données est dans la projection CCL (conique conforme de Lambert), à résolution de 250 m (taille des pixels). Il comprend 36 images de l’albédo par année. Nous avons également produit un ensemble de données représentant l’état des pixels (notamment, nuages/ombre, neige/glace, eau, terre) pour chaque période de 10 jours correspondant au produit sur l’albédo de la surface. Références : Kokhanovsky, A. A. et Zege, E. P., 2004, Scattering Optics of Snow, Applied Optics, 43, 1589-1602, doi:10.1364/AO.43.001589, 20. Liang, S., Strahler, A.H., Walthall, C., 1999. Retrieval of land surface albedo from satellite observations: a simulation study. J. Appl. Meteorol. 38, 712–725. Luo, Y., Trishchenko, A.P., Khlopenkov, K.V., 2008. Developing clear-sky, cloud and cloud shadow mask for producing clear-sky composites at 250-meter spatial resolution for the seven MODIS land bands over Canada and North America. Remote Sens. Environ. 112, 4167–4185. Maignan, F., F.M. Bréon et R. Lacaze, 2004, Bidirectional reflectance of Earth targets : evaluation of analytical models using a large set of spaceborne measurements with emphasis with the hot spot, Remote Sens. Environ., 90, 210-220.

Moyenne de l’ensoleillement horizontal global (EHG) horaire sur 17 ans (1998-2014). Données extraites de la base nationale de rayonnement solaire (NSRDB) développée à l'aide du modèle solaire physique PSM (Physical Solar Model) par le National Renewable Energy Laboratory ("NREL"), Alliance for Sustainable Energy, LLC, U.S. Department of Energy ("DOE").La version actuelle de la base de données nationale sur le rayonnement solaire des États-Unis, soit la NSRDB (National Solar Radiation Database) (v. 2.0.1), a été développée à l'aide du modèle solaire physique PSM (Physical Solar Model) et il donne aux utilisateurs l'accès aux ensembles de données sur les ressources solaires de 1998 à 2014. La NSRDB contient des données météorologiques et des données sur l'énergie solaire reçues aux 30 minutes pour environ 2 millions de pixels de surface mesurant 0,038 degré de latitude sur 0,038 degré de longitude (valeur nominale de 4 km2). La zone visée est délimitée par les longitudes -25° ouest et -175° ouest, ainsi que les latitudes -20° sud et 60° nord. Les valeurs de rayonnement solaire représentent l'énergie solaire disponible pour les systèmes d'énergie solaire. Le modèle AVHRR PATMOS-x (Pathfinder Atmospheres-Extended) utilise des images du rayonnement reçues dans les canaux visible et infrarouge aux 30 minutes à partir de la série de satellites météorologiques géostationnaires GOES. Le modèle se sert aussi de données climatologiques d’albédo et rapport de mélange, ainsi que des profils de température et de pression atmosphérique MERRA (Modern Era-Retrospective Analysis) pour générer le masque et les propriétés des nuages. Les propriétés de nuages générées avec PATMOS-x sont utilisées dans les modèles rapides de transfert radiatif, et pour établir l'épaisseur optique des aérosols (AOD) et la vapeur d'eau précipitable de sources auxiliaires afin d'estimer l’ensoleillement direct normal (EDN) et l’ensoleillement horizontal global (EHG). Un bilan quotidien de l'épaisseur optique des aérosols (AOD) est réalisé en mettant en commun des données provenant des satellites MODIS et MISR et des stations au sol AERONET. Les données de vapeur d'eau et d'autres données à inclure proviennent de MERRA. Dans les scènes à ciel dégagé, l’ensoleillement direct normal (EDN) et l’ensoleillement horizontal global (EHG) sont calculés à l'aide du modèle de transfert radiatif REST2. Dans les scènes nuageuses représentées par le masque nuageux, le modèle rapide de rayonnement solaire plein ciel (FARMS) est utilisé pour calculer l’ensoleillement horizontal global (EHG). L’ensoleillement direct normal (EDN) des scènes nuageuses est ensuite calculé à l'aide du modèle DISC. Les données de cette couche correspondent à la moyenne de l’ensoleillement horizontal global horaire sur 17 ans (1998-2014). NOTE: Les données et les cartes de système d'information géographique (SIG) des ressources solaires pour l’Ensoleillement horizontal global (EHG) et l’Ensoleillement normal direct (END) ont été développées par le National Renewable Energy Laboratoy (NREL) et sont fournies pour le Canada à titre estimatif. En ce moment, ni les données NREL, ni le modèle solaire physique PSM (Physical Solar Model) sur lequel repose les données NREL, ont été évalués ou validés pour les applications particulières à la météorologie Canadienne. Une carte Canadienne de l’EHG développée par le ministère des Ressources naturelles Canada (RNCan) qui est basée sur le modèle de State University of New York (SUNY) et qui a été évaluée et validée pour les applications particulières à la météorologie canadienne est disponible à http://atlas.gc.ca/cerp-rpep/fr/.

Moyenne de l’ensoleillement normal direct (END) horaire sur 17 ans (1998-2014). Données extraites de la base nationale de rayonnement solaire (NSRDB) développée à l'aide du modèle solaire physique PSM (Physical Solar Model) par le National Renewable Energy Laboratory ("NREL"), Alliance for Sustainable Energy, LLC, U.S. Department of Energy ("DOE").La version actuelle de la base de données nationale sur le rayonnement solaire des États-Unis, soit la NSRDB (National Solar Radiation Database) (v. 2.0.1), a été développée à l'aide du modèle solaire physique PSM (Physical Solar Model) et il donne aux utilisateurs l'accès aux ensembles de données sur les ressources solaires de 1998 à 2014. La NSRDB contient des données météorologiques et des données sur l'énergie solaire reçues aux 30 minutes pour environ 2 millions de pixels de surface mesurant 0,038 degré de latitude sur 0,038 degré de longitude (valeur nominale de 4 km2). La zone visée est délimitée par les longitudes -25° ouest et -175° ouest, ainsi que les latitudes -20° sud et 60° nord. Les valeurs de rayonnement solaire représentent l'énergie solaire disponible pour les systèmes d'énergie solaire. Le modèle AVHRR PATMOS-x (Pathfinder Atmospheres-Extended) utilise des images du rayonnement reçues dans les canaux visible et infrarouge aux 30 minutes à partir de la série de satellites météorologiques géostationnaires GOES. Le modèle se sert aussi de données climatologiques d’albédo et rapport de mélange, ainsi que des profils de température et de pression atmosphérique MERRA (Modern Era-Retrospective Analysis) pour générer le masque et les propriétés des nuages. Les propriétés de nuages générées avec PATMOS-x sont utilisées dans les modèles rapides de transfert radiatif, et pour établir l'épaisseur optique des aérosols (AOD) et la vapeur d'eau précipitable de sources auxiliaires afin d'estimer l’ensoleillement direct normal (EDN) et l’ensoleillement horizontal global (EHG). Un bilan quotidien de l'épaisseur optique des aérosols (AOD) est réalisé en mettant en commun des données provenant des satellites MODIS et MISR et des stations au sol AERONET. Les données de vapeur d'eau et d'autres données à inclure proviennent de MERRA. Dans les scènes à ciel dégagé, l’ensoleillement direct normal (EDN) et l’ensoleillement horizontal global (EHG) sont calculés à l'aide du modèle de transfert radiatif REST2. Dans les scènes nuageuses représentées par le masque nuageux, le modèle rapide de rayonnement solaire plein ciel (FARMS) est utilisé pour calculer l’ensoleillement horizontal global (EHG). L’ensoleillement direct normal (EDN) des scènes nuageuses est ensuite calculé à l'aide du modèle DISC. Les données de cette couche correspondent à la moyenne de l’ensoleillement horizontal global horaire sur 17 ans (1998-2014).NOTE: Les données et les cartes de système d'information géographique (SIG) des ressources solaires pour l’Ensoleillement horizontal global (EHG) et l’Ensoleillement normal direct (END) ont été développées par le National Renewable Energy Laboratoy (NREL) et sont fournies pour le Canada à titre estimatif. En ce moment, ni les données NREL, ni le modèle solaire physique PSM (Physical Solar Model) sur lequel repose les données NREL, ont été évalués ou validés pour les applications particulières à la météorologie Canadienne. Une carte Canadienne de l’EHG développée par le ministère des Ressources naturelles Canada (RNCan) qui est basée sur le modèle de State University of New York (SUNY) et qui a été évaluée et validée pour les applications particulières à la météorologie canadienne est disponible à http://atlas.gc.ca/cerp-rpep/fr/.

Des Archives de données satellitaires à long terme (ADSLT) canadiennes ont été produites par le Centre canadien de télédétection (CCT) à partir des données à une résolution de 1 km du capteur AVHRR (radiomètre perfectionné à très haute résolution). Le traitement de ces données a comporté la géolocalisation, l’étalonnage et la fusion en images assemblées au moyen du gestionnaire de données d’observation de la Terre (Latifovic et coll., 2005), la délimitation de la couverture nuageuse (Khlopenkov et Trishchenko, 2006), la correction BRDF (Latifovic et coll., 2003), la correction de l’atmosphère et les autres corrections décrites par Cihlar et coll. (2004). Pour l’analyse temporelle de la végétation, la correction entre capteurs de Latifovic et coll. (2012) est recommandée. Les données recueillies par l’instrument AVHRR à bord des satellites 9, 11, 14, 16, 17,18 et 19 de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) ont été utilisées pour la production des images composites AVHRR sur 10 jours d’une résolution de 1 km pour le Canada. Les données sont disponibles à partir de 1985. Il faut souligner qu’il existe trois types de détecteurs AVHRR : (i) AVHRR 1 à bord des satellites TIROS N, NOAA 6, NOAA 8 et NOAA 10; (ii) AVHRR 2 à bord des satellites NOAA 7, NOAA 9, NOAA 11, NOAA 12 et NOAA 14; (iii) AVHRR 3 actuellement opérationnel à bord des satellites NOAA 15, NOAA 16, NOAA 17, NOAA 18 et NOAA 19. Le capteur AVHRR 1 possède quatre canaux, le capteur AVHRR 2 cinq et le capteur AVHRR 3 six, quoique seulement cinq de ses canaux peuvent fonctionner simultanément. En effet, les canaux 3A (1,6 µm) et 3B (3,7 µm) sont interchangeables. La procédure de traitement a été conçue pour minimiser les artefacts dans les images composites AVHRR. On compte 36 images composites sur 10 jours par année. Les trois niveaux de traitement suivants sont prévus : P1) réflectance au sommet de l’atmosphère et température de luminance, P2) réflectance à la surface et température de la surface et P3) réflectance à la surface normalisée selon une géométrie de visée commune (normalisation selon facteur de réflectance bidirectionnelle [BRDF]). Les niveaux de traitement P1 et P2 sont prévus pour la totalité des 36 composites tandis que le niveau P3 est prévu pour les 21 composites d’avril à octobre.

Le Spectroradiomètre imageur à résolution moyenne (MODIS) est un des capteurs les plus perfectionnés qui est utilisé dans un vaste éventail d’applications liées à la terre, à l’océan et à l’atmosphère. Il compte 36 canaux spectraux dont la résolution spatiale varie entre 250 m et 1 km au nadir. Les canaux du MODIS 1 (B1, visible) et 2 (B2, proche infrarouge) sont disponibles avec une résolution spatiale de 250 m, cinq autres canaux destinés aux applications terrestres (bandes B3 à B7) sont disponibles avec une résolution spatiale de 500 m et les vingt-neuf autres canaux qui ne sont pas inclus dans cet ensemble de données saisissent des images avec une résolution de 1 km. Les enregistrements du MODIS ont commencé en mars 2000 et ils se poursuivent par la saisie quotidienne de mesures sur l’ensemble du globe. Ce produit de niveau 3 montrant des scènes captées au-dessus du Canada a été créé à partir des données originales de niveau 1 (1B) suivantes du MODIS (collection 5) : a) MOD02QKM – données de niveau 1B, fauchée de 250 m, granules de 5 min, b) MOD02HKM – données de niveau 1B, fauchée de 500 m, granules de 5 min; c) MOD03 – information de géolocalisation de niveau 1, fauchée de 1 km, granules de 5 min. Toutes ces données sont disponibles dans le portail DAAC Earth Observing System Data Gateway de la NASA (http://ladsweb.nascom.nasa.gov/data/search.html). On a réduit l’échelle des canaux terrestres de 500 m du MODIS (B3 à B7) à une résolution spatiale de 250 m grâce à un système adaptatif de régression et de normalisation, décrit dans Trishchenko et al. (2006, 2009), puis les données ont été projetées de nouveau dans une projection conique conforme de Lambert (CCL) (Khlopenkov et al., 2008). Ces données ont été regroupées pour former des images pancanadiennes au moyen d’une technique de détection des ciels dégagés, des nuages et de l’ombre des nuages avec un intervalle maximum de 10 jours (Luo et al., 2008). Aucune correction atmosphérique ou correction de la géométrie Soleil-capteur n’a été appliquée.Pour chaque date, les données comprennent les observations en prodiffusion et en rétrodiffusion sous forme de fichiers distincts. Cela permet d’optimiser les données pour une application particulière. Dans les cas d’utilisation générale, on devrait utiliser les données en prodiffusion, celles en rétrodiffusion ou les deux. Une version ultérieure de la série temporelle du MODIS corrigera la géométrie de la prodiffusion et de la rétrodiffusion afin de fournir une observation idéale unique pour chaque pixel.

Les capteurs d’images du Thematic Mapper (TM) et de l’Enhanced Thematic Mapper (ETM+) du satellite LANDSAT ont été utilisés pour générer la mosaïque du Canada vers 2010, avec une résolution spatiale de 30 m. Toutes les scènes ont été traitées en fonction d’un niveau de correction de terrain standard 1T par le United States Geological Survey (USGS). Les autres traitements effectués par le Centre canadien de télédétection englobaient la conversion des mesures prises par les capteurs de la réflectance au sommet de l’atmosphère, la détection des nuages et des ombres de nuage, la reprojection, la sélection des meilleures mesures, la génération d’une mosaïque, l’élimination du bruit et le contrôle de la qualité. On a privilégié les données de l’année 2010, mais celles des années 2009 et 2011 ont également été utilisées pour fournir une mesure du ciel dégagé à chaque emplacement du Canada. Les bandes 3 (0,63-0,69 µm), 4 (0,76-0,90 µm), 5 (1,55-1,75 µm) et 7 (2,08-2,35 µm) sont fournies dans cette version, car les effets considérables de l’atmosphère limitent de façon importante la qualité des bandes bleue (0,45-0,52 µm) et verte (0,52-0,60 µm). La composition à critères multiples a été utilisée en vue de la sélection du pixel le plus représentatif. Pour le capteur embarqué ETM+ de Landsat 7, une défaillance du balayage linéaire est responsable de l’absence de certaines lignes de données dans toutes les scènes recueillies après le mois de mai 2003. La variabilité de l’atmosphère et des cibles entre les scènes fait en sorte que ces lignes entrainent dans certains cas d’importants écarts radiométriques. Une formule reposant sur la transformée de Fourier a été appliquée pour corriger cette situation. Cette mosaïque a été préparée pour des applications touchant à la couverture terrestre et à la cartographie biophysique des différentes régions du Canada. Ces données peuvent aussi se prêter à d’autres applications, mais il faudra tenir compte des contraintes spectrales et temporelles du produit. Des recherches sont en cours afin d’améliorer les aspects spectraux et spatio-temporels des versions à venir de produits à résolution moyenne découlant de données historiques recueillies au moyen des capteurs LANDSAT et des satellites LANDSAT 8 et Sentinel 2.

Cartographie de la couverture végétale de la Ville de Québec. La canopée représente la projection au sol de la cime (couronne) des arbres (incluant les feuilles, les branches et le tronc), qui est visible du ciel. La donnée provient d’une classification automatisée de deux images satellitaires couvrant la Ville de Québec par le couple de satellites World-View-3 et Pléiades acquises en juillet 2020 (résolution spatiale de 31 cm) et du relevé lidar 2017 de la ville de Québec.

Le gouvernement du Canada a acquis une image à une résolution de 20 m du territoire national photographié dans quatre bandes multispectrales du visible et de l’infrarouge à courte longueur d’onde par les satellites 4 et 5 du Système pour l’observation de la Terre (SPOT). Une période de cinq ans — de 2005 à 2010 — a été nécessaire pour photographier tout le Canada à travers une atmosphère dégagée. La date précise de l’observation est moins importante que la nécessité de capter les images en absence de neige au sol. Ces données téléchargées de la banque de données Orthoimage GéoBase 2005 - 2010 (http://www.geobase.ca/geobase/fr/data/imagery/imr/description.html) ont servi à produire la carte de la couverture terrestre au sud de la limite forestière, entre 2005 et 2010. Le Nord du Canada n’a pas été recartographié depuis 2000 environ, à cause des difficultés techniques découlant de la variabilité de la couverture terrestre et de la période réduite d’observation qu’impose le très court été. Sur ce produit, seize classes générales de couverture végétale sont visibles à une résolution minimale de 20 m. On a appliqué une normalisation radiométrique pour rééquilibrer les images captées au milieu de l’été pendant la période du maximum de couvert végétal. On a utilisé des méthodes d’accentuation et de classification par généralisation progressive pour classer les mosaïques équilibrées sur de grandes surfaces pour une vingtaine de zones de la carte. L’interprétation de l’image a été dirigée par l’imagerie à haute résolution et par d’autres informations contenues dans Google Earth. Pour plusieurs régions, on a aussi tiré parti des signatures spectrales de la couverture terrestre, de l’expérience sur le terrain et des résultats publiés pour assister l’interprétation. D’autres images captées hors de la période de couverture maximale, tôt au printemps ou tard en automne, ont été ensuite classées en utilisant des arbres de décisions dirigés par les données d’images estivales classifiées de champs chevauchants. On a évalué l’exactitude à partir de données d’observations de la réalité de terrain obtenues au cours de plusieurs campagnes réalisées par d’autres agences gouvernementales comme Parcs Canada ou la Commission géologique. Tel que décrit plus haut, cet échantillon a été rehaussé grâce à des points interprétés dans Google Earth afin d’obtenir une couverture spatiale plus uniforme du Canada. À partir de 1566 points de référence dont plus de la moitié ont été acquis sur le terrain, on estime que la carte a une exactitude globale de 71 %. Si on évalue l’exactitude en se limitant à la couverture terrestre homogène dans des blocs de 3 × 3 pixels afin de tenir compte des erreurs potentielles de géolocalisation, elle augmente à 85 % pour 349 points qui étaient biaisés vers des classes facilement attribuables comme l’eau.

Cartographie de la couverture végétale de la Ville de Québec. La canopée représente la projection au sol de la cime (couronne) des arbres (incluant les feuilles, les branches et le tronc), qui est visible du ciel. La donnée provient de deux images satellitaires couvrant la Ville de Québec prises par le couple de satellites Pléiades les 24 juin et 13 juillet 2015 (résolution spatiale de 50 cm).

La neige et la glace sont des ressources hydrologiques importantes. Leur étendue spatiale minimale, ci-après la couverture annuelle minimale de neige et de glace (MNG), joue un rôle très important en tant qu’indicateur des changements à long terme et la capacité de base de stockage d’eau de surface. La probabilité MNG est dérivée d’une séquence de 17 images composites sous ciel dégagé sur 10 jours, correspondant à la période chaude du 1er avril au 20 septembre pour chaque année depuis 2000. Les données du spectroradiomètre imageur à résolution moyenne (MODIS) du satellite Terra depuis 2000 ont été traitées au moyen de la technologie spéciale développée au Centre canadien de télédétection (CCT) (voir Trishchenko, 2016; Trishchenko et al., 2016; 2009, 2006, Trishchenko et Ungureanu, 2021, Khlopenkov et Trishchenko, 2008, Luo et al., 2008). La présence de neige ou de glace est déterminée pour chaque pixel de l’image en fonction de la procédure d’identification de la scène neige/glace et la probabilité est calculée pour l’ensemble de la saison chaude sous forme de rapport entre le nombre d’indicateurs neige/glace et le nombre total de pixels (inférieur ou égal à 17). L’étendue MNG peut être dérivée de la carte de probabilité en appliquant un certain seuil. ​La nouvelle version des données V5.0 remplace la version précédente V4.0 pour toutes les données disponibles depuis 2000. Tous les fichiers MNG ont été retraités pour toutes les données d'entrée MODIS basées sur la collection 6.1. Le format de sortie n'a pas changé depuis la version précédente. Il est décrit dans Trishchenko (2024). L'impact de la modification des données d'entrée est faible et ne peut être détecté que pour l'intervalle temporelle de 2000-2015. Les données depuis 2016 ont déjà été dérivées en utilisant la collection MODIS 6.1.Les différences entre les données MNG basées sur la collection 5 de MODIS (c'est-à-dire MNG V4) et la collection 6.1 de MODIS (c'est-à-dire MNG V5) sont, en moyenne, assez faibles. La différence relative à l'échelle de la région dans l'étendue MNG varie de -3,97 % à +1,75 %. La valeur moyenne est de -0,14 %, la valeur médiane de 0,18 % et l'écart type de 1,83 %. En tant que tel, nous ne nous attendons pas à ce que le changement de version ait un impact important sur nos conclusions précédentes concernant les tendances et les variations climatiques, à l'exception de l'affinement des valeurs relatives des paramètres statistiques dans une fourchette de quelques pour cent.Références:TRICHTCHENKO, A.P. : Cartes de probabilité de la présence annuelle minimale de neige et de glace (MNG) au Canada et dans les régions limitrophes pour la période du 1er avril au 20 septembre depuis 2000 dérivées de l’imagerie MODIS à une résolution de 250 m. Description du format des données, CCT, RNCan (2024), 4 p.