Agronomie 22 (2002) 575-579
DOI: 10.1051/agro:2002040

Modelling radar backscatter from crops during the growth cycle

Giovanni Macelloni^a, Simonetta Paloscia^a, Paolo Pampaloni^a, Roberto Ruisi^a, Monique Dechambre^b, René Valentin^b, André Chanzy^c, Laurent Prévot^c and Nadine Bruguier<sup>c

a</sup>  CNR-IFAC, via Panciatichi 64, 50127 Florence, Italy
^b  CETP/CNRS, 10-12 avenue de l'Europe, 78140 Velizy, France
^c  INRA Unité Climat, Sol et Environnement, Site Agroparc, 84914 Avignon Cedex 9, France

(Received 2 October 2001; revised 23 April 2002; accepted 28 May 2002)

Abstract
A radiative transfer model that represents vegetation as a collection of randomly oriented disks and almost vertical cylinders on a rough surface was implemented and used for interpreting radar backscattering from wheat and sunflowers fields. The model was used to simulate the growth cycle of wheat and sunflowers by using as inputs bio-physical data collected on the agricultural test site of the RESEDA project. A comparison with experimental data from the ERS/SAR and the French ERASME scatterometer collected at two frequencies, two polarisations and two incidence angles was carried out. The comparison shows that model simulations reproduce temporal trends and average values of experimental results fairly well, but in some cases some significant discrepancy exists between the absolute values. Moreover, the backscattering coefficient was found to be sensitive to the geometrical characteristics of wheat and sunflowers. Indeed, as the leaf area index increases, backscattering increases in the case of sunflowers, and decreases in the case of wheat.

Résumé
Modélisation du coefficient de rétrodiffusion radar des cultures agricoles pendant le cycle de croissance. Ce papier décrit l'implémentation d'un modèle, basé sur la théorie du transport radiatif, pour l'interprétation des données de rétrodiffusion radar de la végétation agricole (tournesol et blé) pendant le cycle de pousse. Le modèle représente la végétation comme un ensemble des disques casuellement orientés et des cylindres presque verticaux sur une surface rugueuse. Le modèle a été utilisé pour simuler le cycle de croissance du blé et du tournesol utilisant comme données d'entrée les données bio-physiques recueillies pendant une campagne intensive sur le site agricole du projet EC RESEDA. Une comparaison avec les données du coefficient de rétrodiffusion radar collectés à deux fréquences, deux polarisations et deux angles d'incidence par le satellite ERS/SAR et par un scatteromètre français (ERASME) installé sur un avion, a été faite. Cette comparaison a indiqué que le modèle reproduit assez bien les évolutions temporelles et les données moyennes des résultats expérimentaux. En plus, le coefficient de rétrodiffusion radar est sensible à la géométrie des plants de blé et de tournesol. Tandis que le LAI augmente, le coefficient de rétrodiffusion radar augmente pour le tournesol et diminue pour le blé.

Key words: remote sensing / crop biomass / backscattering model / synthetic aperture radar (SAR)

Mots clés : télédétection / biomasse de la végétation / modèle de rétrodiffusion radar

Correspondence and reprints: Giovanni Macelloni
    e-mail: g.macelloni@ifac.cnr.it

Communicated by Frédéric Baret (Avignon, France)

© INRA, EDP Sciences 2002