Sensible heat flux and radiometric surface temperature over sparse Sahelian vegetation : 1 - An experimental analysis of the kB-1 parameter | Flux de chaleur sensible et température de surface radiométrique d'une végétation sahélienne éparse : 1 - Une analyse expérimentale du paramètre kB-1

[Departement_IRSTEA]GT [TR1_IRSTEA]GT1-Relations entre les écosystèmes et leur utilisation

International audience

English. Estimating the sensible heat flux H over sparse vegetation from thermal infrared temperature requires an estimate of the excess resistance rr to the aerodynamic resistance. This excess resistance has been commonly expressed as a function of the dimensionless parameter kB-1 but its value remains largely undetermined over sparse vegetation in semi-arid areas as shown by the large and unexpected range of variation revealed by various experimental data. The flux and ground-based thermal infrared data of the East Central Site of HAPEX-Sahel were used in this paper to study the behaviour of the kB-1 parameter and to compare these results with the conclusions of previous studies. At first, the global accuracy of the estimation of H as a function of the kB-1 value was analysed; it was found that overestimating kB-1 has less serious consequences than underestimating it. Then, optimal values of kB-1 obtained for each site (one fallow savannah site and two millet sites) range from 5.1 to 10.2, with significantly different values for the two millet sites. The corresponding Root Mean Square Error (RMSE) between estimated and measured H range from 43 to 67 W.m-2. Finally, the instantaneous values of kB-1 proved to be highly variable and the parameterization of kB-1 proposed by Kustas (1989) as a function of u(Tr-Ta) appears valid only for high H values. For lower values, our results suggest that the slope of this relationship increases significantly. All the previous results confirmed that a constant value can neither be assumed for semi-arid areas nor for a given type of vegetation and that further studies are needed to understand its behaviour. Considering the difficulty in predicting the kB-1 values, a different approach based on the relationship observed between aerodynamic and radiometric temperatures was investigated. This approach gave more accurate estimate of H (RMSE between 35 and 48 W/m2) but remains at this stage purely empirical. Further investigation is now needed to predict the parameterization of this approach.

French. L'estimation du flux de chaleur sensible (H) sur couverts épars par thermographie infrarouge nécessite l'évaluation d'une résistance additionnelle aux transferts de chaleur, généralement exprimée en fonction du paramètre adimensionnel kB-1. Sa valeur est cependant plus qu'incertaine, plusieurs résultats expérimentaux ayant révélé des variations importantes et inattendues de ce paramètre. Les flux et températures de surface infrarouge mesurés sur le Site Central-Est d'HAPEX-Sahel sont utilisés ici pour analyser les variations de ce paramètre. Il apparaît tout d'abord que la précision d'estimation du flux de chaleur sensible est beaucoup plus sensible à une sous-estimation du paramètre kB-1 qu'à une surestimation. Les valeurs optimales obtenues pour chaque site (une jachère de type savane et deux champs de mil) varient de 5,2 à 10,1 avec des valeurs significativement différentes pour les deux sites de mil. L'écart-type résiduel entre flux observés et estimés se situe alors entre 43 et 67 W.m-2. Ces valeurs globales de kB-1 masquent néanmoins des variations instantanées importantes dont la relation linéaire proposée par Kustas et al. (1989) en fonction de u(Tr-Ta) ne rend que partiellement compte. Les résultats obtenus ici montrent en effet que la pente de cette relation augmente significativement lorsque H diminue. L'ensemble de ces résultats confirment qu'une valeur constante ne peut être raisonnablement attribuée pour les zones semi-arides ou pour un type de végétation donné et que des études plus approfondies sont nécessaires. Les difficultés liées à l'utilisation du paramètre kB-1 nous ont alors conduit à envisager une méthode différente basée sur la relation entre température aérodynamique et radiative. Bien que cette méthode améliore l'estimation de H (écart-type résiduel de 35 a 48 W.m-2), elle reste à ce stade purement empirique et doit maintenant être étudiée plus en détail.