Spatial distribution of the air temperature in mountainous areas using satellite thermal infra-red data

Understanding the spatial distribution of air temperature in mountainous areas is essential in hydrological modelling. In the Moroccan High-Atlas range, the meteorological stations network is sparse. In order to get additional information, we investigated the thermal infrared data supplied by the Enhanced Thematic Mapper (ETM + ) sensor onboard the Landsat 7 satellite. The brightness temperature derived from ETM+ images is used as a proxy for air temperature to set up a model that describes its spatial distribution. This model accounts for sun location and topographic characteristics derived from the SRTM digital elevation model. It was evaluated on the Rheraya watershed, a 225-km2 region located within the semi-arid High-Atlas mountain range, using two different sources of data. The first data set consists in in-situ air temperature collected by meteorological stations installed during the experiment at various altitudes from 1400 to 3200 m. The second data set is satellite estimates of snow-covered areas (SCA) derived from MODIS images over the whole catchment at 500 m spatial resolution.

RésuméComprendre la distribution spatiale de la température de l’air dans les zones montagneuses est essentielle pour la modélisation hydrologique. Dans la chaîne du Haut-Atlas marocain, la faible densité du réseau de stations météorologiques rend difficile l’obtention de ce paramètre. Dans ce contexte, nous avons utilisé les données infrarouge thermique fournies par le capteur Enhanced Thematic Mapper (ETM +) à bord du satellite Landsat 7. La variation relative de la température de brillance est utilisée pour construire un modèle qui décrit celle de la température de l’air. Le modèle (MSPAT) prend en compte l’angle d’élévation solaire et les caractéristiques topographiques provenant du modèle numérique de terrain SRTM, avec une résolution spatiale de 90 m. MSPAT a été évalué sur le bassin versant de Rheraya, région de 225 km2, située dans le massif semi-aride du Haut-Atlas, en utilisant deux types de données différentes : (1) des chroniques de températures de l’air, mesurées partir de stations météorologiques installées au cours de l’expérience à différentes altitudes de 1400 à 3200 m ; (2) des images de surfaces enneigées (SCA), estimées à partir d’images MODIS acquises à 500 m de résolution spatiale sur l’ensemble du bassin versant.