Vacances de février : après la neige et le soleil, la neige et les nuages

Les Alpes vues par le satellite Landsat 8. Extrait d’une image prise le 10 février 2015 à 10h22 UTC
et présentée en couleurs naturelles. Crédit image : USGS. Traitement : Gédéon

Je ne me lasse pas de voir de belles images satellites des sommets enneigés au soleil. La deuxième semaine de février a offert de beaux exemples.

Sur les images satellites, neige et soleil, avec les ombres portées, mettent particulièrement en évidence le relief et le profil des sommets.

Sur un plan plus pédagogique, les images montrant des sommets enneigés au soleil et des vallées dans les nuages sont des très bons supports pour comprendre le rôle des différentes bandes spectrales des instruments des satellites d’observation.

En voici un premier exemple avec MODIS qui montre que l’utilisation des canaux infrarouge permet de bien distinguer la neige des nuages, ce qui n’est pas toujours évident sur les images en couleurs naturelles.

Le sud de la France vu par l’instrument MODIS du satellite Terre. Extrait d’une image acquise le 11
février 2015. En haut, représentation en couleurs naturelles. En bas, à gauche, composition
colorée des canaux 7, 2 et 1 permettant de distinguer la neige et les nuages. En bas, à droite,
composition des canaux 3, 6 et 7. Crédit image : NASA / GSFC / MODIS Rapid Response

Je vous renvoie à d’autres articles du blog Un autre regard sur la Terre pour des explications plus détaillées sur les représentations des images en couleurs.

Neige et soleil

Pour les vacances de février, les skieurs de la zone A (Caen, Grenoble ou Toulouse) ont fait un bon choix en partant la première semaine : une très belle semaine avec de la neige et du soleil. Après la douceur de la première quinzaine de janvier, le début du mois de février a confirmé l’arrivée de l’hiver et de chutes de neige abondantes, même en plaine. La neige a parfois perturbé la circulation, comme à Toulouse le 3 février, et le risque d’avalanche a aussi retardé l’ouverture des stations. Celles-ci ont finalement pu ouvrir tout leur domaine skiable.

La sous-couche neigeuse instable a causé beaucoup d’avalanches, avec des départs de plaques au passage des skieurs hors-piste. Il y a eu beaucoup de victimes, y compris parmi les skieurs chevronnés, avec par exemple 3 moniteurs emportés à La Plagne le 7 février (un mort) ou 8 skieurs décédés dans les Alpes suisses le 31 janvier.

Début février, les cumuls de neige fraîche étaient impressionnants, par exemple, dans les Pyrénées, 2m50 sur Aspe-Ossau et la Haute-Bigorre. Le premier week-end, il y a même eu des skieurs bloqués dans les stations à cause des routes bloquées et du risque d’avalanche. C’était par exemple le cas dans les Pyrénées pour les stations de Gourette ou de la Mongie bloquées par la neige le 2 février.

Tout Schulz...

Jusqu’au 12 janvier, des conditions anticycloniques ont maintenu un temps stable : beaucoup de nuages sur les plaines de la moitié nord de la France mais beaucoup de soleil et des températures plus élevées sur les sommets. Un phénomène classique de couche d’inversion : au-dessus de la couche d'air humide et froid au fond des vallées, l'air reste plus sec et se réchauffe au soleil.

François Schulz, un des animateurs m’a envoyé quelques photographies prises sur les pistes de Méribel. Cela donne envie…

Neige, soleil et Mont Blanc vus des pistes de Méribel les trois vallées. En haut, un bel
exemple de couche d'inversion. Crédit image : François Schulz

Autour du Mont Blanc : une image de Miage

Au début de cet article, j’ai mentionné les ombres portées des sommets ensoleillés. En voici un très bel exemple avec un extrait en pleine résolution de l’image Landsat 8 du 10 février 2015.

Extrait de l’image Landsat 8 avec le Mont Blanc, la dent du Géant et les Grandes Jorasses.
Les ombres des sommets sont très spectaculaires et aident à les repérer.
Crédit image : USGS. Traitement image : Gédéon

J’aurais presque pu en faire un nouveau quiz... Même si le point de vue est inhabituel, je suppose que les amoureux de la montagne ont déjà localisé le Mont Blanc, la dent du Géant et les Grandes Jorasses, ou au moins les ombres portées. Pour les autres, voici quelques points de repères.

Extrait de l’image Landsat 8 avec quelques points de repères : Mont Blanc, dent du Géant,
Grandes Jorasses, Mer de glace et glacier Miage. Crédit image : USGS. Traitement image : Gédéon

Cela ne saute pas aux yeux mais il s’agit bien d’une image en couleurs naturelles, comme on peut le voir sur cet autre extrait de la même image Landsat 8 où figurent le lac d’Annecy, le lac du Bourget, Aix-Les-Bains, Albertville, Moûtiers et le domaine de Méribel les trois Vallées, d’où François Schulz a pris les photographies présentées plus haut.

Un autre extrait de l’image Landsat 8 acquise le 10 février : le lac d’Annecy, le lac du Bourget et,
à la limite du Parc National de la Vanoise, le domaine de Méribel les trois vallées.
Crédit image : USGS. Traitement image : Gédéon

Un peu de traitement d’image…

C’est l’occasion de parler un peu technique en abordant la représentation des images multispectrales.

L’instrument OLI (Operational Land Imager) de Landsat 8 fournit 8 bandes spectrales, couvrant le spectre visible, proche infra-rouge et infrarouge à coute longueur d’onde (SWIR) entre 0,433 µm et 2,300 µm, ainsi qu’une bande dite panchromatique entre 0,500 µm et 0,680 µm.

Avec Landsat 8, on obtient facilement une image en couleurs naturelles, en combinant les bandes 4 (rouge), 3 (vert) et 2 (bleu). Comme ces bandes ont une résolution de 30 mètres, l’image obtenue en combinant simplement les bandes 4, 3, 2 a des pixels de 30 mètres.

On peut faire un peu mieux en exploitant la bande panchromatique à 15 mètres de résolution et produire ce qu’on appelle une image « pan-sharpened » en bon français…

En fait, cela consiste à remplacer l’information de luminance de l’image multispectrale à 30 mètres par la bande panchromatique qui fournit des détails plus fins : on combine alors les avantages de la plus haute résolution de la bande panchromatique avec ceux de la couleur de l’image multispectrale.

Voici ma recette de cuisine pour y parvenir. Je vous invite à essayer : c’est très satisfaisant de voir apparaître sur l’écran une belle image en couleurs qu'on a construit soi-même à partir des bandes spectrales brutes et c’est un très bon exercice pour découvrir les notions de teinte, saturation et luminance :

• Allez sur le site USGS Earth Explorer et charger une image Landsat 8 de votre choix. Les images en en accès libre mais il faut créer un compte à votre nom pour pouvoir charger les fichiers en pleine résolution. Vous récupérez ainsi un fichier d’archive compressé assez volumineux (environ 1 GO) qui contient l’ensemble des bandes spectrales ainsi qu’un fichier décrivant les données (méta-données).
• Avec votre logiciel de retouche photo préféré, chargez les fichiers correspondant aux bandes 4, 3 et 2 et utilisez la fonction « combiner les canaux » pour créer une image multispectrale. Enregistrez le résultat.
• Transformez l’image en passant du mode RVB au mode TSL (Teinte, Saturation, Luminance).
• Ré-échantillonnez l’image en doublant la largeur et la hauteur. Vous avez maintenant une image multispectrale qui a les mêmes dimensions que le canal panchromatique.
• Chargez le canal panchromatique (bande 8 pour Landsat 8) et copiez-le dans le presse-papier.
• Sélectionnez le calque « Luminance » de la première image et remplacez-le par le canal 8.
• Ajustez le contraste et la luminosité ou, mieux, modifiez la courbe de représentation des couleurs. Pour cette image, j’ai également un peu poussé la saturation pour renforcer les couleurs.
• C’est fini : vous avez maintenant une image composite qui contient l’information de couleur des canaux 4, 3 et 2 et l’information de luminance du canal 8. Vous pouvez comparer avec l’image intermédiaire que vous avez enregistrée : les détails sont beaucoup plus fins.

Ça suffit la RAM ?

Pour effectuer les opérations précédentes, vous pouvez utiliser un logiciel gratuit comme Gimp-2. Dans l’idéal, il faut un outil qui manipule des images codées sur 16 bits : les données brutes de Landsat 8 sont codées sur 2 octets. Les logiciels gratuits qui le permettent sont assez rares… J’ai utilisé ici un logiciel professionnel (Corel PaintShop Pro X5) qui a l’avantage de conserver l’information codée sur 16 bits du début jusqu’à la fin du traitement.

Dans tous les cas, il vous faut un PC ou un Mac musclé, avec beaucoup de RAM : on manipule ici des images de grande taille voici quelques ordres de grandeur pour fixer les idées :

• Une image Landsat 8 en mode panchromatique contient 15621 lignes de 15421 pixels. C’est l’équivalent d’un appareil photo de 241 millions de pixels. L’image codée sur 16 bits pèse 459 MO.
• Après avoir redimensionné l’image multispectrale (nombre de pixels multiplié par 4), vous obtenez un fichier non compressé de 1378 MO. Il faut que votre machine ait assez de mémoire pour faire la conversion RVB / TSL.

Si vous ne voulez pas traiter l’image complète, vous pouvez au préalable extraire la zone qui vous intéresse pour manipuler des fichiers plus petits. Par contre, il est très délicat de bien sélectionner les vignettes multispectrales et panchromatiques qui n’ont pas les mêmes dimensions.

Neige et nuages

La fin de la semaine et la Saint-Valentin marquent la fin des conditions anticycloniques avec l’arrivée d’une zone dépressionnaire et un temps perturbé : la météo devrait se dégrader au cours du week-end, avec de nouvelles chutes de neige mais aussi de la pluie.

Pour la seconde semaine et le démarrage des vacances de la zone C (Paris, Bordeaux, Créteil, Versailles), l'enneigement restera très satisfaisant sur l'ensemble des massifs mais la météo devrait donc être un peu moins sympathique. Les températures seront conformes aux moyennes de saison.

Les trois images suivantes montrent l’évolution de la situation météo entre le 9 et le 14 février 2015.

Evolution de la situation météo entre la première et la deuxième semaine de vacances de février 2015.

Série d’images MODIS prises par le satellite Terra e 9, le 11 et le 14 février 2015. Composition colorée
des canaux 7, 2 et 1. Crédit image : NASA / GSFC / MODIS Rapid Response.

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  • Des conditions anticycloniques sur la France : des températures estivales et un ciel sans nuage vu par le satellite Envisat
    
• Des explications sur les différentes bandes spectrales.
• Les articles du blog Un autre regard sur la Terre dans la catégorie météorologie.
• Le catalogue des images Landsat 8 sur le site USGS Earth Explorer.
• Sur le site de la NASA, la page Worldview avec les images MODIS des satellites Aqua et Terra, mises à jour quotidiennement.