BioGenerator – Fichiers de sortie

BioGenerator produit des fichiers de sorties sous trois formats différents : un format image, un format tableur et un format vectoriel.

  • Fichiers au format image

Les fichiers au format image sont au format GEOTIFF (.tif), suivant une projection géographique Lat/Lon utilisant le datum WGS-84. La résolution est de 30” d’arc, soit environ 1×1 km. Les coordonnées limites de la fenêtre sont données dans                                          le Tableau 1. Le codage des données est au format réel 32 bits poids faible en tête (32 bits little endian floating point).

  • Fichiers au format tableur

Les fichiers au format tableur (.csv) sont visualisables avec un éditeur de texte ou bien avec logiciel tableur comme Excel. Les fichiers au format tableur correspondent aux découpages définis dans les shapefiles ADM_n et GEO_n et indiquent la production totale de biomasse par découpage. Le séparateur de colonne est le point-virgule.

  • Fichiers au format vectoriel

Les fichiers au format vectoriel sont des shapefile (.shp) contenant des polygones avec une table attributaire. La projection est géographique Lat/Lon et utilisant le datum WGS-84. Les données produites au format vectoriel shapefiles reprennent chacun des fichiers ADM_n et GEO_n en y ajoutant une table attributaire contenant la production totale de biomasse sur chacun des polygones.

 

Cartes de quantité de biomasse

Le champ de sortie de la quantité de biomasse produite, équivalent à un rendement et exprimée en kg de matière sèche par hectare (kgMS.ha-1), est donné pour chacune des années de la série et pour la moyenne de ces années.

La quantité de biomasse produite annuelle est calculée comme le cumul sur la saison de croissance de la productivité quotidienne (kg.ha-1.jour-1) donnés par les décades DMP. La saison de croissance d’une année est définie par l’utilisateur. Les paramètres par défaut définissent la saison de croissance de la première décade d’avril à la dernière décade de mars de l’année suivante, ce qui correspond à la saison des pluies de l’Afrique de l’Ouest ou mousson ouest africaine.

La quantité de biomasse produite calculée pour l’année en cours, et dont les décades DMP ne seraient pas disponibles sur toute la saison de croissance, est complétée, sur la période manquante, par la moyenne de la productivité mesurée sur les années antérieures. En conséquence, la carte de quantité de biomasse pour l’année en cours, dépendamment du nombre de décade disponibles pour cette année, est une estimation de la production totale réelle.

Les fichiers de sortie de quantité de biomasse sont au format GEOTIFF (.tif) en projection géographique plate carrée Lat/Lon WGS-84 et avec une résolution spatiale de 1×1 km. La position de fichier est donnée par le Tableau 6, les valeurs possibles sont données par le Tableau 7.

Fichiers Répertoire Nomenclature
Biomasse année aaaa Data/Out/Biomass/Biomass/ Biomass_aaaa.tif
Biomasse moyenne Biomass_Mean.tif

Tableau 6 – Nomenclature des fichiers de quantité de biomasse

Valeur Signification Unité
[0 , +∞[ Quantité de Biomasse (kg.ha-1)
-9999 Océan, eau ouverte

Tableau 7 – Tableau de valeurs possibles dans les fichiers de quantité de biomasse

Imagen 13

Figure 13 – Carte de biomasse moyenne 1998-2016

Cartes d’anomalie de biomasse

Le BioGenerator donne l’anomalie de production de biomasse pour chacune des années. L’anomalie est une comparaison de la production de biomasse de l’année considérée à la moyenne calculée sur l’ensemble des années disponibles. Deux représentations de l’anomalie sont produites :

  • L’anomalie (%) exprime en pourcentage le rapport de production pour l’année considérée par rapport à la moyenne et avec un seuillage maximal à 200%.
  • L’anomalie sigma (σ) exprime la différence de l’année considérée à la moyenne en nombre d’écart type calculé sur la période. Un seuillage est effectué entre -10 et +10.

Sur les zones où la production est toujours nulle (zones désertiques), la valeur de sortie du fichier d’anomalie est fixée à -9998.

L’année en cours est par définition non nécessairement terminée, c’est-à-dire, que l’on ne dispose pas nécessairement encore de l’ensemble des décades jusqu’à la fin de la période d’intégration (Decade_Fin_Integration).

Pour l’année en cours, et seulement pour celle-ci, l’anomalie se calcule à partir des décades disponibles depuis le début de la saison de croissance (Decade_Debut_Integration) jusqu’à la dernière décade présente dans la base de données. Pour que la valeur de l’anomalie ainsi calculée reste significative, son calcul ne débute qu’à partir du moment où un seuil de la production annuelle moyenne, calculée sur la période d’intégration, a déjà été atteint. Ce seuil est donné par Production_Seuil (%). Dans le cas contraire, si le seuil n’est pas atteint, la valeur -9997 est affectée au pixel. En d’autres termes, ce seuil correspond au fait qu’à la date de la dernière décade disponible, la saison de croissance n’est encore suffisamment commencée à cet endroit pour établir un calcul d’anomalie significatif.

Un second masque peut-être appliqué : L’anomalie est calculée uniquement sur les zone dépassant une production moyenne minimale donnée par le paramètre Production_Min (kg.ha-1). Les zones de production inférieure sont masquées avec la valeur -9996.

Le Tableau 8 donne la position des fichiers d’anomalies de biomasse, tandis que le  Tableau 9 donne les valeurs possibles dans ces fichiers.

Fichiers Répertoire Nomenclature
Anomalie [%]              année aaaa Data/Out/Biomass/Anomaly Anomaly_aaaa.tif
Anomalie [σ]              année aaaa AnomalySigma_aaaa.tif

Tableau 8 – Nomenclature des fichiers d’anomalies de biomasse

Valeur Signification Unité
[0 , 200] Anomalie (%) (%)
[-10 , +10] Anomalie (σ) (σ)
-9999 Océan, eau ouverte
-9998 Biomasse toujours nulle
-9997 Saison de croissance non suffisamment commencée
-9996 Production moyenne totale          trop faible

Tableau 9 – Tableau des valeurs possibles dans les fichiers d’anomalies de biomasse (%) et (σ)

Imagen 14

Figure 14 – Carte d’anomalie de production de biomasse pour l’année 2016

La Figure 14 montre la carte d’anomalie de production de biomasse pour l’année 2016 calculée avec une base de données allant d’avril 1998 jusqu’à novembre 2016. La période d’intégration choisie est de début avril à fin mars. La production moyenne est calculée sur la période couverte par la base de données. Les zones apparaissant en vert montrent une production excédentaire de biomasse, jusqu’à 200% de la production moyenne, tandis que les zones apparaissant en rouge montrent une production inférieure à la moyenne, jusqu’à 0% de la production moyenne. Les zones marquées No Biomass présentent une production toujours nulle sur la période.

 

Cartes d’indice de vulnérabilité VI

L’indice de vulnérabilité est créé pour pallier à une analyse simple par anomalie qui compare l’année en cours avec l’ensemble des années antérieures, sans considérer les enchainements d’anomalies. Effectivement, les éleveurs sont plus sensibles à une succession d’évènements qu’à un seul évènement isolé.

Le principe de l’indicateur VI est basé sur un calcul récursif décrit par l’équation (7. Pour chaque année, la contribution au calcul de l’indicateur VIAnnée est la somme d’une pondération entre l’anomalie de l’année considérée ANAnnée et l’indicateur de vulnérabilité calculé pour l’année antérieur (VIAnnée-1). La contribution relative de ces deux termes est donnée par le paramètre unique αVI.

L’anomalie ANAnnée est calculée comme le rapport de la production de l’année considérée par rapport à la moyenne pondérée et normalisée des années antérieures comme décrit par l’équation (8. ANAnnée peut prendre une valeur comprise entre -1 pour une année très déficitaire et +1 pour une année très excédentaire.

La condition à la limite de la récursivité est donnée une valeur de vulnérabilité nulle pour l’année de départ de la série (équation (9).

Ainsi construit, l’indice VI est sensible à une succession d’anomalies négatives ou positives et est capable d’identifier les zones de forte vulnérabilité aux anomalies négatives consécutives. Egalement, puisque l’indicateur VI est calculé à partir des années précédentes suivant une pondération dégressive, il est très peu sensible une tendance globale.

 

Captura de pantalla 2017-06-14 a las 16.13.21 (7)

Avec

Captura de pantalla 2017-06-14 a las 16.13.25 (8)

Et comme condition limite

 Captura de pantalla 2017-06-14 a las 16.13.29 (9)

Le Tableau 10 donne l’évolution en fonction du coefficient αVI du nombre d’années, y compris l’année en cours, dont la contribution est supérieure à 1% dans le calcul de l’indicateur de vulnérabilité VI.

αVI 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
Nombre d’années 23 14 10 8 6 5 4 3 2

Tableau 10 – Nombre d’années antérieures de contribution supérieure à 1% en fonction du coefficient αVI

La Figure 15 montre l’évolution de la contribution de chacune des années antérieures et de l’année en cours (année 0) dans le calcul du VI pour trois valeurs différentes du paramètre αVI : 25%, 50% et 75%.

Captura de pantalla 2017-06-21 a las 23.51.04

Figure 15 – Evolution de la contribution des années antérieures au calcul du VI pour αVI = 25, 50 et 75%

De par sa construction basée sur une sensibilité aux enchaînements des évènements antérieurs de l’année considérée, les avantages de l’indicateur de vulnérabilité par rapport à un calcul simple de l’anomalie de biomasse sont :

  • La prise en compte d’événements de sécheresse consécutifs
  • L’insensibilité à la tendance sur le long terme
  • La faible sensibilité à un événement sec ou humide éloigné temporellement
  • Invariabilité de l’indice de vulnérabilité des années antérieures lors de l’ajout de nouvelles décades
Fichiers Répertoire Nomenclature
VI année aaaa Data/Out/Biomass/VI/ VI_aaaa.tif

Tableau 11 – Nomenclature des fichiers de VI

 

Valeur Signification Unité
[-1 , 1] VI [Unité]
-9999 Océan, eau ouverte
-9998 Biomasse toujours nulle
-9997 Saison de croissance non suffisamment commencée
-9996 Production moyenne totale          trop faible

Tableau 12 – Tableau de valeurs possibles dans les fichiers de VI

Imagen 16

Figure 16 – Carte de l’indicateur de vulnérabilité VI pour l’année 2016

La Figure 16 montre une carte de l’indicateur de vulnérabilité VI pour l’année 2016 basée sur la saison de croissance calée sur le Sahel (début avril à fin mars) et avec un coefficient αVI = 50 %. Sur cette carte, les zones apparaissant un marron présentent un VI inférieur à 0 synonyme d’une vulnérabilité plus forte. Sur ces zones, la production de biomasse a certainement été faible pendant plusieurs consécutives et proches de l’année 2016. A contrario, les zones apparaissant en vert présentent un coefficient VI positif synonyme d’une situation favorable et depuis plusieurs années.

 

 Cartes de paramètres d’analyse statistique

Le BioGenerator 2 calcule les champs de sortie d’écart type interannuel de production de biomasse, de tendance interannuelle et de corrélation temporelle interannuelle. La tendance interannuelle est donnée sous deux expressions d’unités différentes :

  • Tendance absolue exprimée en kg.ha-1.année-1
  • Tendance relative à la moyenne exprimée en %.année-1

La corrélation temporelle est le coefficient de corrélation R2 entre la production de biomasse et l’année. Ce coefficient de corrélation quantifie la stabilité de la tendance temporelle.

 

Fichiers Répertoire Nomenclature
Ecart type (σ)              Data/Out/Biomass/Stat/ Sigma.tif
Tendance Trend.tif
Tendance (%)              TrendPercent.tif
Corrélation temporelle (R2) TrendR2.tif

Tableau 13 – Nomenclature des fichiers d’analyse statistique

Valeur Signification Unité
]-inf , +inf[ Ecart type (kg.ha-1)
]-inf , +inf[ Tendance temporelle (kg.ha-1.année-1)
]-inf , +inf[ Tendance temporelle (%) (%.année-1)
[0 , 1] Corrélation temporelle R2 Sans unité
-9999 Océan, eau ouverte
-9998 Biomasse toujours nulle

Tableau 14 – Tableau de valeurs possibles dans les fichiers d’analyse statistique

Imagen 17

Figure 17 – Carte de tendance de production de biomasse  calculée entre 1998 et 2016

La Figure 17 montre la tendance relative calculée entre 1998 et 2016. Sur cette carte, les zones en vert affichent une progression de la production annuelle de biomasse pouvant être supérieure à 8% par année. Sur les zones en rouge on calcule une diminution de la production de biomasse atteignant -8 %.année-1. Entre 1998 et 2016 on observe une augmentation notable de la production de biomasse en particulier sur la zone Sahélienne de l’Afrique de l’Ouest.

 

Profils de production de biomasse et de l’indicateur de vulnérabilité

Le BioGenerator 2 produit des fichiers de sortie de production totale de biomasse et de l’indice de vulnérabilité VI moyen suivant les découpages administratifs niveaux 0, 1 et 2, et suivant des découpages définis par l’utilisateur.

Les fichiers de sortie, présentés dans le Tableau 15, sont au format .csv et le point-virgule est utilisé comme séparateur de colonnes. Ces fichiers peuvent être directement ouverts par un logiciel tableur tel Excel.

La Figure 18 et la Figure 19 montrent des extraits de ces fichiers de sorties respectivement pour la biomasse totale et pour l’indicateur de vulnérabilité moyen suivant le découpage administratif de niveau 0 (Pays).

La quantité de biomasse est la quantité totale produite sur le découpage vectoriel et exprimé en tonne et en considérant la superficie totale.

L’indice de vulnérabilité est la moyenne de l’indice de vulnérabilité calculé sur l’ensemble du découpage vectoriel. Pour une zone toujours désertique, de production nulle, la valeur flag -9999 est inscrite.

Champs Découpage Répertoire Fichier
Biomasse ADM_0 Data/Out/Biomass/Report/ Biomass_ADM_0.csv
ADM_1 Biomass_ADM_1.csv
ADM_2 Biomass_ADM_2.csv
GEO_3 Biomass_GEO_3.csv
GEO_4 Biomass_GEO_4.csv
GEO_5 Biomass_GEO_5.csv
Indicateur de vulnérabilité VI ADM_0 VI_ADM_0.csv
ADM_1 VI_ADM_1.csv
ADM_2 VI_ADM_2.csv
GEO_3 VI_GEO_3.csv
GEO_4 VI_GEO_4.csv
GEO_5 VI_GEO_5.csv

Tableau 15 – Fichiers de sorties de production de biomasse totale et d’indicateur de vulnérabilité moyen

Imagen 18

Figure 18 – Extrait du fichier de sortie de biomasse totale Data/Out/Biomass/Report/Biomass_ADM_0.csv

Imagen 19

Figure 19 – Extrait du fichier de sortie de biomasse totale Data/Out/Biomass/Report/VI_ADM_0.csv

Dans chacun des fichiers, un entête rappelle le fichier shapefile source, le nombre d’entités repérées et l’unité des valeurs de sortie. Pour la production de biomasse totale, l’unité est la tonne de matière sèche.
A partir de ces fichiers de sortie, il est possible de tracer l’évolution temporelle de la biomasse totale et de l’indicateur de vulnérabilité moyen sur différents niveaux administratifs. La Figure 20 est un exemple de profils mesurés sur le Mali.

Imagen 20

Figure 20 – Profils temporels de la production de biomasse totale et de l’indice de vulnérabilité moyen sur le Mali

Sorties au format vectoriel

BioGenerator produit des sorties vectorielles des valeurs de production de biomasse et d’indice de vulnérabilité. Les découpages vectoriels utilisés sont ADM_0, ADM_1, ADM_2 ainsi que GEO_3, GEO_4 et GEO_5 tels que décris dans le paragraphe 3.4.

Les sorties au format vectoriel shapefile (.shp) se trouvent dans le répertoire Data/Out/Biomass/Shape/. Dans la table attributaire sont contenus les informations déjà décrites dans la section 4.3.5 concernant les sorties .csv.

La Figure 21 montre un affichage de type vectoriel de l’indice de vulnérabilité VI pour 2016. Sur cette figure, concernant le delta intérieur du Niger, le découpage vectoriel de référence est au niveau administratif 2 (département).

Imagen 21

Figure 21 – Indice de vulnérabilité VI pour 2016 en représentation vectorielle au niveau administratif 2 (département) sur la région du delta intérieur du Niger

Sorties brutes

En utilisant les options de paramétrage, il est possible de conserver les fichiers bruts (raw) issus des calculs intermédiaires du BioGenerator 2.

Ces fichiers sont au format raw et se présentent sous la forme d’un fichier image (.img) et d’un fichier header (.hdr). La dimension des fichiers est la même que celle des fichiers d’entrés (Tableau 1).  Le codage des données est au format réel 32 bits poids faible en tête (32 bits little endian floating point). La valeur flag -9999.0 signifie l’absence de donnée.

C’est fichiers de sorties brutes peuvent servir aux utilisateurs avancés à des fins d’études plus poussées, en particuliers sur les profils temporels au pas de temps de la décade, mais aussi à des fins de développement, de vérification et de débogage.

Il est important de noter que l’activation de cette option, en plus d’un temps de calcul augmenté, engendre une taille de fichier de sortie beaucoup plus importante : env. 15 Go supplémentaires par année de données.

La description de l’ensemble de ces fichiers, ainsi que leur position, sont données dans le Tableau 16.

Nom Description Répertoire Nomenclature
Biomasse Annuelle Biomasse Annuelle Out/Raw/Biomass/Biomass/ Biomass_aaaa
Biomasse Moyenne Moyenne calculée sur le nombre d’année dispo Out/Raw/Biomass/Biomass/ Biomass_Mean
Anomalie Annuelle Rapport Biomasse Annuelle sur Biomasse Moyenne Out/Raw/Biomass/Anomaly/ Anomaly_aaaa
Anomalie Annuelle [σ] Ecart de Biomasse à la moyenne en écart type Out/Raw/Biomass/Anomaly/ AnomalySigma_aaaa
Indicateur Vulnérabilité Indicateur Vulnérabilité Out/Raw/Biomass/VI/ VI_aaaa
Ecart type Ecart type interannuel Out/Raw/Biomass/Stat/ Sigma
Tendance Tendance annuel calculée sur la période Out/Raw/Biomass/Stat/ Trend
Corrélation temporelle Coefficient de corrélation biomasse annuelle Out/Raw/Biomass/Stat/ TrendR2
Filtre DMP Valeurs de DMP filtrées Out/Raw/Biomass/Filter/DMP/ DMP_aaaammjj
Filtre NDVI Valeurs de NDVI filtrées Out/Raw/Biomass/Filter/NDVI/ NDVI_aaaammjj
Cumul DMP Valeurs de DMP cumulées sur la saison de croissance Out/Raw/Biomass/Cumul/ Cumul_aaaammjj
Type DMP Valeurs de DMP sur l’année moyenne (année type) Out/Raw/Biomass/Type/DMP/ DMP_mmjj
Type NDVI Valeurs de NDVI sur l’année moyenne (année type) Out/Raw/Biomass/Type/NDVI/ NDVI_mmjj
DMP Pondéré Valeur de DMP filtré et pondéré par l’accessibilité à l’eau Out/Raw/Biomass/Cumul/ DMP_aaaammjj
Accessibilité Valeurs de pondération par l’accessibilité à l’eau Out/Raw/Water/PondSWB/ PondSWB_aaaammjj
Accessibilité moyenne Valeurs types de pondération par l’accessibilité à l’eau Out/Raw/Water/PondSWBType/ PondSWBtype_mmjj

Tableau 16 – Ensemble des données brutes issues du BioGenerator et signification