Importer et visualiser des données de flotteurs Argo en temps quasi réel dans ArcGIS

Que vous soyez océanographe, décideur politique ou simplement curieux d’en savoir plus sur la grande bleue de notre planète, les flotteurs Argo et leur intégration aux SIG constituent une excellente ressource pour l’exploration et la protection de nos océans. Dans ce blogue, nous aborderons l’importance du programme Argo, un réseau mondial de flotteurs profileurs autonomes, ainsi que la façon d’importer et de visualiser les données Argo netCDF dans ArcGIS.

Ce billet a été rédigé par Mohamed Ahmed avec le soutien et les commentaires de Jon Salter (directeur du groupe Milieu scolaire et recherche à Esri Canada), d’Avinaba Mistry (doctorant à l’Université du Nouveau-Brunswick) et de Suprio Ray (professeur à l’Université du Nouveau-Brunswick).

Selon la mythologie grecque, Jason entreprit un voyage à bord d’un navire nommé Argo. Lui et son équipage naviguèrent d’Iolcus (aujourd’hui Thessalie en Grèce) pour mettre le cap vers Colchis (aujourd’hui Géorgie) à la conquête de la toison d’or. Il y a vingt ans, un groupe d’océanographes a choisi le nom « Argo » pour représenter un réseau mondial de flotteurs profileurs autonomes destinés à améliorer les mesures de température et de salinité dans la partie supérieure des océans. Ce choix de nom était influencé par la mission satellite Jason, qui fournit des mesures sur l’élévation du niveau de la mer depuis l’espace. La mission Jason et le programme Argo fournissent ensemble des mesures régulières de la hauteur de la surface des océans ainsi que de la température et de la salinité souterraines. Ces variables sont nécessaires pour bien interpréter la hauteur de la surface de la mer.

Aujourd’hui, dans le cadre du Système mondial d’observation des océans (GOOS), les flotteurs Argo présentent des synergies importantes avec divers réseaux d’observation sur place, notamment les relevés hydrographiques réalisés régulièrement à bord de navires, les bouées amarrées, les dériveurs de surface, les transects de planeurs, les stations de mesure du niveau de la mer et le profilage faunique. Le GOOS a pour mission de coordonner la surveillance mondiale en vue du développement durable des ressources océaniques, de la protection contre les risques océaniques et d’une meilleure compréhension des processus climatiques. L’un des outils de surveillance les plus utiles du GOOS est le tableau de bord OceanOPS qui assure le suivi de quelque 100 000 observations par jour afin de surveiller et d’évaluer l’état du système et des réseaux d’observation des océans du monde (figure 1).

Figure 1 : Carte interactive du tableau de bord OceanOPs montrant diverses observations océaniques depuis différentes plateformes à travers l’océan.

Avant les flotteurs Argo, il était difficile d’obtenir des observations océaniques complètes in situ. Les données relatives à la température et à la salinité étaient principalement recueillies à partir de navires et de bouées amarrées, ce qui introduisait un biais géographique favorable aux océans de l’hémisphère nord, où ces plateformes sont légion. Les mesures obtenues des enquêtes par bateau étaient effectuées essentiellement le long de certaines lignes de transect, de sorte que l’échantillonnage comportait d’importantes lacunes géospatiales. En outre, la couverture temporelle des données était inégale, limitée aux années et aux saisons où les navires étaient disponibles, et souffrait d’un manque de données sur les hautes latitudes pendant l’hiver. L’objectif d’Argo consistait donc à fournir un échantillonnage durable de données mondiales en temps quasi réel des profils de température, de salinité et de pression souterraines, ainsi que des champs de vitesse, au moyen de la technologie des flotteurs profileurs autonomes. Environ 4 000 flotteurs Argo sont actuellement déployés dans nos océans. Pour voir leur dernière position, consultez le tableau de bord ArcGIS de l’état des flotteurs ARGO (figure 2).

Figure 2 : Le tableau de bord ArcGIS de l’état des flotteurs ARGO montre les derniers emplacements des flotteurs associés à d’autres informations telles que le nombre actuel de flotteurs, le nombre de profils, le nombre moyen de profils et le nombre de flotteurs par pays.

En 2016, le programme Argo a été élargi afin d’englober la mesure d’autres variables océaniques biogéochimiques de premier plan telles que l’oxygène, le pH, les nitrates, la lumière de plongée des eaux, la fluorescence de la chlorophylle et le coefficient de rétrodiffusion optique. Ces mesures jouent un rôle essentiel pour approfondir nos connaissances sur les océans et leur incidence sur les régimes climatiques. En collectant des données sur les profils de température et de salinité, les flotteurs Argo contribuent à l’étude de la circulation océanique, de la distribution de la chaleur et de l’équilibre de l’eau douce. Les mesures Argo sont également très utiles pour comprendre l’acidification et la désoxygénation océaniques (manque d’oxygène dans les océans), l’élévation du niveau de la mer et les effets sur les écosystèmes marins. À la lumière de ces informations, les océanographes étudient les relations complexes entre les océans et les systèmes climatiques, font des prévisions sur les régimes météorologiques et modélisent les scénarios de changement climatique. Heureusement, les gouvernements, les décideurs politiques et les gestionnaires de ressources marines peuvent exploiter ces informations en temps quasi réel dans ArcGIS pour effectuer des analyses et des visualisations géospatiales permettant de prendre des décisions éclairées en matière de gestion des pêches, de conservation du milieu marin et de planification des interventions en cas de catastrophe.

Consultez la carte narrative ci-dessous pour en savoir plus sur le programme Argo et ses perspectives :  

Importation des données Argo dans ArcGIS

Une fois que vous avez téléchargé les données Argo au format netCDF (network Common Data Form) par date ou par flotteur, les fichiers sont prêts à l’emploi dans ArcGIS. Lorsque vous essayez d’importer le fichier avec l’outil de géotraitement Make NetCDF Feature Layer (faire la couche d’entité netCDF) et que vous choisissez une variable donnée comme la température TEMP_ADJUSTED, la liste déroulante pour la variable X et la variable Y ne contient que le nombre de niveaux N_Levels et le nombre de profils N_Prof (figure 3). Pour visualiser correctement les données dans ArcGIS, les variables Latitude et Longitude devraient néanmoins figurer dans la liste déroulante.

Figure 3 : Capture d’écran de l’outil Make NetCDF Feature Layer montrant que le menu déroulant ne contient pas de variables de coordonnées.

Regardons de plus près le fichier Argo netCDF : aucun paramètre n’est listé dans les coordonnées, et les variables Latitude et Longitude ne s’affichent que dans les variables de données comme ci-dessous. 

Avinaba Mistry, doctorant à la faculté d’informatique de l’Université du Nouveau-Brunswick, travaille sur un projet Mitacs utilisant les données Argo sous la supervision du professeur Suprio Ray. Avec le soutien de l’équipe Milieu scolaire et recherche d’Esri Canada, il a écrit un script Python pour résoudre le problème. Vous pouvez accéder au code et à la boîte à outils ArcGIS Pro connexe sur GitHub.

Il existe deux façons d’afficher correctement les dimensions et les coordonnées dans le fichier Argo netCDF afin de l’importer dans ArcGIS Pro avec l’outil de géotraitement Make NetCDF Feature Layer :

• Approche par code – À partir de GitHub, téléchargez le script convert_ARGO_CLI.py au même endroit où vous avez téléchargé le fichier Argo. Ouvrez un terminal ou une invite de commande et installez les bibliothèques xarray et NetCDF4 à l’aide de cette commande :
  conda install -c conda-forge xarray netCDF4
  Après avoir installé xarray et NetCDF4, ajoutez la ligne suivante en remplaçant le fichier sample_ARGO_profile.nc par le fichier Argo netCDF que vous avez téléchargé :
  python3 convert_ARGO_CLI.py sample_ARGO_profile.nc --verbose=true
• Approche sans code – À partir de GitHub, téléchargez la boîte à outils ArcGIS Pro au même endroit où vous avez téléchargé le fichier Argo. Ouvrez un nouveau projet dans ArcGIS Pro. Ensuite, dans le volet Catalog (catalogue) de l’onglet Project (projet), cliquez avec le bouton droit de la souris sur Toolboxes (boîtes à outils) et sur Add Toolbox (ajouter une boîte à outils). Accédez à la boîte à outils ArcGIS Pro sur votre ordinateur local et cliquez sur OK. La boîte à outils s’affiche dans le conteneur Toolboxes (boîtes à outils) du volet Catalog (catalogue) et dans le volet Contents (contenu) d’une vue de catalogue (figure 4). Double-cliquez sur Convert Argo NetCDF to ArcGIS parsable NetCDF (convertir Argo netCDF en netCDF analysable ArcGIS), puis accédez à votre fichier Argo netCDF et cliquez sur Run (exécuter). 

Figure 4 : Capture d’écran montrant la boîte à outils ArcGIS Pro ajoutée et téléchargée depuis GitHub dans le volet Catalog (catalog).

La méthode choisie pour convertir le fichier Argo n’a pas d’importance; un nouveau fichier portant le même nom que votre fichier Argo netCDF avec le suffixe _processed sera ajouté à votre répertoire. Par exemple, si votre fichier Argo se nomme Argo_pacific.nc, un nouveau fichier Argo_pacific_processed.nc sera ajouté à votre répertoire.

Lorsque vous importez le fichier avec l’outil de géotraitement Make NetCDF Feature Layer (faire la couche d’entité netCDF) et que vous choisissez la variable de température TEMP_ADJUSTED, la liste déroulante des variables X et Y contient désormais davantage d’options, notamment la longitude « lon » et la latitude « lat ».

Les flotteurs Argo ont révolutionné notre compréhension des océans en mettant à la disposition des utilisateurs de données océanographiques et non océanographiques une mine d’informations inestimables. Depuis sa création, Argo permet aux communautés opérationnelles et de recherche ainsi qu’au grand public l’accès à ses données, et marque ainsi un changement de paradigme en matière de partage des données océaniques. La contribution des données Argo à la climatologie, à la biologie marine, aux opérations maritimes et à la gestion des zones côtières, combinée à l’intégration de ces données dans ArcGIS, ouvre de nouvelles voies pour l’exploration, l’analyse et la prise de décision éclairée.

N’hésitez pas à m’écrire (courriel : mahmed@esri.ca) si vous avez des questions concernant l’utilisation des données Argo dans ArcGIS. Je serai ravi de vous aider et de vous soutenir.