Apport de l'altimétrie radar spatiale à l'étude de la neige de la calotte polaire Antarctique PDF Download
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Author: Pascal Lacroix
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Languages : fr
Pages : 146
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Book Description
La calotte polaire antarctique est constituée d'une épaisse couche de glace surmontée d'un névé d'une centaine de mètres d'épaisseur. Si les observations satellites, avec une couverture quasi-globale du continent, ont permis depuis bientôt 40 ans de fournir de nombreuses informations sur sa topographie et quelques propriétés de sa surface, la connaissance de son manteau neigeux est encore très limitée. Depuis 2002 et le lancement de ENVISAT, on dispose d'un altimètre radar qui couvre 80% de la calotte polaire Antarctique, dont la particularité est d'acquérir des signaux à deux fréquences différentes (bande S à 3.2 GHz et bande Ku à 13.6 GHz). Ces deux ondes pénètrent dans le manteau neigeux sur plusieurs mètres et ont des sensibilités aux propriétés de la neige différentes. Ainsi, l'idée de cette thèse est d'utiliser cette double information pour retrouver les propriétés du manteau neigeux. On résous cette problématique par une analyse et une modélisation des signaux altimétriques bi fréquences sur la calotte polaire, puis par leur inversion. On se penche tout d'abord sur quelques études de cas pour estimer la sensibilité des signaux aux différentes propriétés de la neige: rugosité de la surface, strates en profondeur, puis que le signal altimétrique est sujet à des variations saisonnières. Un modèle de l'interaction de l'onde avec le manteau neigeux est ensuite réalisé. Le modèle permet d'expliquer les variations saisonnières observées par la densification de la neige en surface. On développe finalement un protocole de mesure de la rugosité de la neige, qui est testé sur un glacier du Spitzberg.
Author: Pascal Lacroix
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Pages : 146
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La calotte polaire antarctique est constituée d'une épaisse couche de glace surmontée d'un névé d'une centaine de mètres d'épaisseur. Si les observations satellites, avec une couverture quasi-globale du continent, ont permis depuis bientôt 40 ans de fournir de nombreuses informations sur sa topographie et quelques propriétés de sa surface, la connaissance de son manteau neigeux est encore très limitée. Depuis 2002 et le lancement de ENVISAT, on dispose d'un altimètre radar qui couvre 80% de la calotte polaire Antarctique, dont la particularité est d'acquérir des signaux à deux fréquences différentes (bande S à 3.2 GHz et bande Ku à 13.6 GHz). Ces deux ondes pénètrent dans le manteau neigeux sur plusieurs mètres et ont des sensibilités aux propriétés de la neige différentes. Ainsi, l'idée de cette thèse est d'utiliser cette double information pour retrouver les propriétés du manteau neigeux. On résous cette problématique par une analyse et une modélisation des signaux altimétriques bi fréquences sur la calotte polaire, puis par leur inversion. On se penche tout d'abord sur quelques études de cas pour estimer la sensibilité des signaux aux différentes propriétés de la neige: rugosité de la surface, strates en profondeur, puis que le signal altimétrique est sujet à des variations saisonnières. Un modèle de l'interaction de l'onde avec le manteau neigeux est ensuite réalisé. Le modèle permet d'expliquer les variations saisonnières observées par la densification de la neige en surface. On développe finalement un protocole de mesure de la rugosité de la neige, qui est testé sur un glacier du Spitzberg.
Author: Thomas Flament
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Languages : fr
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La calotte polaire Antarctique est une région immense et peu accessible, mais partie intégrante du système climatique planétaire. Pour mieux comprendre son fonctionnement et prévoir ses réactions face à un climat qui évolue, les mesures satellites sont des outils précieux. Nous exploitons l'un de ces capteurs satellites : l'altimètre radar d'Envisat. Cet instrument permet de mesurer la hauteur de la surface de la calotte et, par des mesures répétées dans le temps, son évolution temporelle. Nous explorons les changements de volume de la calotte sur une période entre 2002 et 2010. Cette période est très courte en regard de certains phénomènes agissant sur la calotte mais permet néanmoins de détecter d'importants changements, dus à des excès de précipitations ou à une accélération de l'écoulement de la glace. Par ailleurs, la densité spatiale et temporelle de l'échantillonnage d'Envisat permet d'observer des événements rapides (quelques mois) et localisés (quelques kilomètres) tels que des vidanges de lacs sous-glaciaires. Ces phénomènes sont encore mal connus et l'altimétrie est un des principaux outils aptes à les observer. La manière dont l'onde radar est réfléchie et rétrodiffusée par la surface de la calotte est un problème complexe, principalement parce que le manteau neigeux est lui-même changeant et complexe. Nous évoquons l'état de l'art de la compréhension des phénomènes impliqués. Nous terminons ces travaux par une ouverture sur les techniques qui permettront d'avancer dans la compréhension des calottes polaires : nouveaux altimètres, séries de données plus longues, fusion de jeux de données provenant de capteurs différents et complémentarité avec les données in situ.
Author: Fifi Ibrahime Adodo
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Languages : fr
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Dans le contexte actuel du réchauffement climatique, l'une des principales sources d'incertitude pour l'élévation du niveau de la mer est la contribution de la calotte Antarctique. L'étendue et les conditions météorologiques extrêmes de ce continent font de la télédétection spatiale un moyen utile pour son suivi sur le long terme. Les observations satellites altimétriques et radiométriques dans la gamme des micro-ondes rendent compte de l'évolution des propriétés du manteau neigeux de la calotte. L'altimétrie radar, par des mesures répétées de l'élévation de la topographie de surface, permet de quantifier les variations de volume sur l'ensemble du continent. Cependant, la pénétration de l'onde radar dans la neige affecte négativement cette quantification. Les méthodes proposées pour minimiser les erreurs de pénétration sont toutes basées sur des relations avec le coefficient de rétrodiffusion radar. La compréhension des variations annuelles et inter-annuelles du coefficient de rétrodiffusion est nécessaire pour améliorer la précision de l'estimation de l'élévation de la surface donc du bilan de volume de la calotte. Cette thèse a pour objectif d'étudier le coefficient de rétrodiffusion mesuré par les altimètres sur l'ensemble du continent, sujet qui jusqu'à aujourd'hui a reçu peu d'attention. Les altimètres radars embarqués à bord d'ENVISAT (bandes S et Ku) et de SARAL/AltiKa (bande Ka) ont des sensibilités différentes aux propriétés de la neige. Nous nous sommes intéressés aux caractéristiques annuelles et inter-annuelles des coefficients de rétrodiffusion dans ces trois bandes. Une étude de sensibilité a été réalisée avec un modèle électromagnétique afin de déterminer les propriétés du manteau neigeux qui dominent le signal saisonnier. On montre que le signal saisonnier est sensible à la densité et la rugosité de surface dans la bande S, à la température de la neige dans la bande Ka et à l'une ou à l'autre de ces variables selon la région dans la bande Ku. Les caractéristiques saisonnières du coefficient de rétrodiffusion sont ensuite comparées à celles des températures de brillance acquises par les radiomètres à bord de SARAL et de SSM/I. Les résultats indiquent une influence significative de la rugosité de surface sur les températures de brillance de la bande Ka, influence souvent considérée négligeable dans la modélisation de la température de brillance. Cette étude apporte une meilleure connaissance de la dynamique saisonnière des propriétés de proche surface de la calotte Antarctique. Elle fournit de nouveaux indices pour développer dans le futur des algorithmes robustes de correction de l'erreur de pénétration. Elle met également en lumière l'importance des missions altimétriques multi-fréquences et les possibilités qu'offrent le signal de la bande S pour l'étude des variabilités saisonnières de la rugosité de surface. En définitive, la rugosité de surface est un paramètre important à prendre en compte pour obtenir de meilleures estimations et modélisations des coefficients de rétrodiffusion et des températures de brillance.
Author: BENOIT.. LEGRESY
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Languages : fr
Pages : 218
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UNE MESURE DE L'EVOLUTION ACTUELLE DU CLIMAT TERRESTRE PEUT ETRE LA VARIATION DU NIVEAU MOYEN DES OCEANS. CETTE MESURE REPRESENTE L'INTEGRALE DE TOUS LES EFFETS D'UN CHANGEMENT DE CLIMAT ET DOIT ETRE FINE. LES PRINCIPALES COMPOSANTES DE CETTE INTEGRALE SONT LA DILATATION THERMIQUE DES COUCHES SUPERIEURES DE L'OCEAN, LA FONTE DES GLACIERS TEMPERES ET LA FONTE/GONFLEMENT DES CALOTTES POLAIRES. LA DYNAMIQUE D'UNE CALOTTE POLAIRE EST REGIE PRINCIPALEMENT PAR LES TAUX D'ACCUMULATION A L'INTERIEUR DU CONTINENT ET LES TAUX D'EVACUATION DE LA GLACE EN PERIPHERIE. LE SEUL MOYEN D'ESTIMER LES VARIATIONS DU VOLUME DE GLACE ET DE LES INTERPRETER EST D'UTILISER L'ALTIMETRIE SATELLITAIRE. PAR AILLEURS, C'EST AUSSI UN MOYEN D'OBTENIR DES INFORMATIONS SUR LA STRUCTURE DE LA SURFACE LIEES A LA CLIMATOLOGIE. DANS LA PREMIERE PARTIE DE CETTE THESE, ON ANALYSE LES DONNEES DU SATELLITE ERS1 SUR L'ANTARCTIQUE ET LE GROENLAND ET CELLES DU SATELLITE TOPEX/POSEIDON SUR LE SUD DU GROENLAND. LA MESURE DE HAUTEUR PEUT ETRE BIAISEE PAR LA PENETRATION DES ONDES RADAR DANS LE MANTEAU NEIGEUX. LE SIGNAL ALTIMETRIQUE EST ANALYSE A TOUTES LES ECHELLES. DES PARAMETRES DECRIVANT L'ECHO RADAR PERMETTENT DE DECRIRE L'ETAT DE SURFACE (RUGOSITE, HAUTEUR DES DUNES DE NEIGE, STRUCTURE DU MANTEAU NEIGEUX), MAIS LE PROBLEME RESTE SOUS-DETERMINE. L'UTILISATION DE L'ALTIMETRIE BI-FREQUENCE (TOPEX/POSEIDON) EST UNE PREMIERE SOLUTION. DANS LA DEUXIEME PARTIE, ON S'INTERESSE AUX VARIATIONS TEMPORELLES DE LA MESURE ALTIMETRIQUE. AVEC LES DONNEES D'ERS1 ON CONSTATE UNE TRES GRANDE VARIABILITE DE LA MESURE. CETTE VARIABILITE PERMET DE DETERMINER DES CARACTERISTIQUES DU MANTEAU NEIGEUX ET DE PROPOSER UNE CORRECTION DE LA MESURE DE HAUTEUR DES EFFETS DE PENETRATION RADAR. ENFIN, UNE APPLICATION EST FAITE EN COMPARANT LES MESURES EFFECTUEES PAR SEASAT (EN 1978) ET ERS1 (EN 1992) ET DES INTERPRETATIONS DU CHANGEMENT DE HAUTEUR OBSERVE SONT PROPOSEES. EN CONCLUSION, DANS LA ZONE D'ACCUMULATION LES MESURES ALTIMETRIQUES SUR DE LONGUES PERIODES DOIVENT PERMETTRE D'OBTENIR UNE SERIE TEMPORELLE FIABLE AVEC UNE COUVERTURE SPATIALE PRESQUE GLOBALE. ENSUITE, DANS LA ZONE PERIPHERIQUE OU C'EST L'ECOULEMENT QUI EST DOMINANT, LES MESURES ALTIMETRIQUES DEVRONT ETRE COMPLETEES PAR L'INTERFEROMETRIE RADAR SATELLITAIRE.
Author: Laurence Brisset
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Languages : fr
Pages : 182
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Pour la première fois, l'altimètre du satellite ERS-1 permet un suivi global et permanent de la topographie de surface de 80 pour cent de la calotte antarctique. L'altimétrie satellitaire représente donc un outil précieux conduisant à une meilleure connaissanc des différents mécanismes qui interviennent dans la structure et l'évolution de la calotte glaciaire. Cette étude permet non seulement de déterminer avec précision les caractéristiques de l'écoulement des glaces , proposant ainsi une contrainte supplémentaire dans les modèles de bilan de masse, mais aussi de mettre en évidence les évolutions spatio-temporelles de la morphologie des calottes et l'interaction avec le climat. Le traitement global d'un cycle de 35 jours avec une méthode inverse généralisée propose une topographie précise de la calotte et met en évidence les différentes échelles présentes. L'étude à grande échelle mène à la dé́termination précise des paramètres rhéologiques. L'étude plus detaillée laisse apparaitre des ondulations sur des longueurs d'onde d'environ 20 km qui reflètent le socle rocheux et des ondulations de quelques dizaines de km sur quelques centaines de kilometres probablement liées à des anomalies d'écoulement à l'interface socle/glace. Enfin, une étude variationnelle sur cinq cycles repartis sur un an de données montre sans ambiguité que la mesure altimétrique subit des variations de plusieurs decimètres en l'espace de plusieurs jours et de quelques dizaines de kilometres, liées a des modifications de la physique de l'interaction onde/surface. Ces variations, probablement d'origine météorologiques montrent qu'il est indispensable de ne pas dissocier la mesure altimétrique des paramètres caractéristiques de l'onde radar, qui peut apporter des informations sur la structure des premiers mètres de glace
Author: Nicolas Champollion
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Languages : fr
Pages : 0
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La surface de neige sur le Plateau Antarctique joue un rôle important dans l'étude du bilan de masse et d'énergie de surface. Ses caractéristiques dépendent des interactions entre les conditions atmosphériques et le haut du manteau neigeux, à travers notamment les précipitations, la redistribution de neige par le vent et le métamorphisme. L'ensemble des aspects de la surface, i.e. le type de cristaux, la rugosité, la densité, l'albédo ..., sont regroupés sous la formule état de surface. L'objectif de cette thèse est l'étude de l'état de surface et de son évolution, en fonction des conditions atmosphériques, à l'aide d'observations in situ et satellite. L'analyse conjointe d'observations in situ, essentiellement à partir de photographies infrarouges de la surface (développement d'un algorithme examinant la texture des images), et satellite, principalement l'émission micro-onde du manteau neigeux (utilisation du rapport de polarisation sensible à la densité proche de la surface), a permis de montrer une dynamique rapide de la surface à Dôme C. En particulier, des périodes où le givre recouvre entièrement la surface sont observées et représentent environ 45% du temps. Cette dynamique est aussi caractérisée par des élévations rapides et importantes de la surface, pouvant être largement supérieures à l'accumulation annuelle moyenne de 8 cm (jusqu'à 20 cm en 2 heures). Le vent est déterminant dans l'évolution de la surface. Plus particulièrement, ces travaux ont montrés l'importance de la direction du vent pour la disparition du givre (perpendiculaire à la direction dominante, i.e. le sud-ouest). Enfin, la corrélation entre présence de givre et rapport de polarisation a permis d'étendre ces résultats sur les 10 années d'observation du satellite et ouvre la voie à la détection des précipitations par télédétection. La modélisation de l'émission micro-onde à 19 et 37 GHz a ensuite été menée à Dôme C à l'aide d'un modèle de transfert radiatif (DMRT-ML). Les propriétés du manteau neigeux (taille des grains, densité et température), utilisées en entrée du modèle, ont été mesurées durant la campagne d'été 2010 - 2011. Les résultats des simulations montrent que la densité de la neige proche de la surface est principalement responsable des variations du rapport de polarisation. Cette densité a ainsi été « inversée » à Dôme C sur 10 ans. Elle montre une tendance pluriannuelle à la baisse de 10 kg m-3 a-1, superposée à un cycle annuel et à des variations journalières / hebdomadaires. La mesure in situ de la densité et l'observation du givre coïncident avec les variations rapides de la densité estimée. L'évolution pluriannuelle conséquente mérite d'être prise en compte pour l'étude du bilan de masse de surface, les causes probables étant une hausse des précipitations ou une baisse de l'intensité du vent. Suivant une méthodologie similaire, l'évolution de la densité de surface a été déduite pour l'ensemble de l'Antarctique. Les variations spatiales mettent en évidence une tendance claire à la diminution de la densité sur une grande région entre Dôme C et Vostok et une région à l'est de Dôme C où elle augmente. À plus grande échelle, le rapport de polarisation moyen montre de grandes variations, signatures de la stratification en densité du manteau neigeux. L'étude de l'altimétrie satellite permettrat de corroborer ces résultats.
Author: Frédérique Rémy
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Languages : en
Pages : 450
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Book Description
AFIN D'EXPLOITER LES NOMBREUSES INFORMATIONS CONTENUES DANS LES CALOTTES POLAIRES, ARCHIVES GLACIAIRES DE LA TERRE ET TEMOIN DE L'EVOLUTION CLIMATIQUE, LES MODELES ONT BESOIN DE NOMBREUSES DONNEES A ECHELLE GLOBALE. L'OBJECTIF PRINCIPAL DE CE TRAVAIL EST L'APPORT D'UNE TOPOGRAPHIE FINE, ISSUE DE L'ALTIMETRIE SPATIALE, AUX PROBLEMES DE DATATION ET D'EVOLUTION. AU NIVEAU DE LA GLACIOLOGIE, IL S'AGIT DE DISTINGUER CES TACHES, AU NIVEAU DE L'ALTIMETRIE, DE TIRER PROFIT D'UN INSTRUMENT CONCU POUR L'OCEAN, NOTAMMENT EN COMPRENANT SES LIMITES ET LES ERREURS SPECIFIQUES A NOTRE THEMATIQUE. NOUS MONTRONS QUE, PAR LE CHOIX D'UNE METHODE APPROPRIEE ET SPECIALEMENT ADAPTEE, UNE PRECISION SUBMETRIQUE EST ACCESSIBLE, PERMETTANT DE REMPLIR LES OBJECTIFS. PAR AILLEURS, AFIN DE S'ASSURER DE LA NATURE EXACTE DE LA REFLEXION, (UN ECHO DE VOLUME POUVANT FAUSSER L'INTERPRETATION DE LA HAUTEUR ALTIMETRIQUE), NOUS SOMMES AMENES A ETUDIER L'INTENSITE DU SIGNAL REEMIS PAR LA SURFACE. NOUS MONTRONS ALORS QUE CE PARAMETRE EST TRES FORTEMENT CORRELE AUX VENTS CATABATIQUES ET EN CONSTITUE UNE MESURE, UTILE POUR LES METEOROLOGUES, POUR L'ETUDE DES TRANSPORTS DE NEIGE OU POUR L'INTERPRETATION D'AUTRES CAPTEURS. ENFIN, CETTE ETUDE, DOUBLEE D'UNE ETUDE COMPARATIVE ALTIMETRE-DIFFUSIOMETRE ET ALTIMETRE-RADIOMETRE NOUS ASSURE QUE DANS PLUS DE LA MOITIE DES CAS, LE SIGNAL ALTIMETRIQUE EST DOMINE PAR UN ECHO DE SURFACE; LA HAUTEUR ALTIMETRIQUE CORRESPOND BIEN A L'ALTITUDE DE LA CALOTTE, LA PRECISION OBTENUE LORS DE LA CONSTRUCTION DE CARTE EST DONC TRES ENCOURAGEANTE QUANT AUX OBJECTIFS A ATTEINDRE
Author: Aurélie Michel
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Languages : fr
Pages : 185
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Book Description
L'Antarctique est encore un continent à explorer pour comprendre le climat terrestre, passé, présent et futur. Grâce à l'analyse des carottages, on peut remonter l'histoire du climat terrestre sur plusieurs centaines de milliers d'années. Grâce à l'étude de sa topographie, on peut remonter à la variabilité de son climat, connaître sa dynamique : écoulement de la glace, vêlages d'icebergs. . . Grâce au suivi de la topographie, c'est-à-dire la variation de la hauteur de glace, on peut estimer les pertes et les gains de masses ainsi que la contribution à la hausse du niveau de la mer, pour déduire l'impact sur les océans et les littoraux. Pour explorer ce continent, nous utilisons dans cette thèse l'instrument embarqué sur satellite qu'est l'altimètre. Une onde radar ou laser est envoyée sur le sol et la réflexion de ce signal est enregistrée permettant d'extraire des paramètres pertinents et la hauteur de glace. Les satellites ont pris le relais des expéditions célèbres du XIXème siècle, notamment depuis le lancement du premier altimètre couvrant jusqu'à 82æ S ce continent, embarqué sur la mission ERS-1. Depuis 2013, SARAL marque un changement dans les caractéristiques instrumentales par rapport aux missions précédentes, car elle émet dans une fréquence appartenant à la bande Ka (36.75 Ghz) au lieu des bandes Ku (13.6 Ghz) et S (3.2 Ghz) ce qui implique une interaction avec la surface différente qu'il faut pouvoir comprendre. Avec près de trois ans d'observations, ce manuscrit regroupe les travaux sur le traitement des données altimétriques dans un but de valorisation de la mission SARAL. Nous présentons le contexte géographique et le contexte technique pour montrer les difficultés du traitement des données . En utilisant la méthode des points de croisement que nous expliciterons, nous présentons l'importance de la comparaison de deux missions concomitantes, ENVISAT et ICESat afin d'estimer la profondeur de pénétration en bande Ku de l'onde radar et corriger de cet effet, étude que l'on pourra répéter avec SARAL une fois la mission ICESat-2 lancée. Nous avons adapté une chaîne de calibration et de validation des données sur glace continentale qui nous permet d'établir des diagnostics, des statistiques et des suivis temporels. La pente de la surface joue un rôle prépondérant dans la dégradation de la précision des données. Nous mettons en place un processus de sélection des données altimétriques afin d'augmenter cette précision. Grâce à cette sélection et l'application de la correction de marée océanique, nous quantifions avec des métriques aux points de croisement la performance de la mesure de SARAL sur glace continentale, et nous réduisons l'imprécision de la mesure de plus de 90%. Enfin, grâce aux sorties de notre chaîne de validation, nous décrivons les observations de SARAL sur près de trois ans afin d'apporter une analyse préliminaire cohérente avec la mission précédente qu'est ENVISAT. Nous soulevons les améliorations à apporter pour aller plus loin dans la physique de la mesure. Que ce soit la comparaison avec d'autres missions, l'utilisation de modèles ou des modifications dans l'algorithme d'extraction des paramètres du signal appelé retracking, SARAL apporte de nouvelles perspectives afin que l'évolution de la calotte Antarctique soit connue avec une précision toujours croissante.
Author: Soazig Parouty
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Languages : fr
Pages : 257
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Book Description
L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre les variations temporelles des signaux altimétriques sur la calotte polaire Antarctique. Nous exploitons les observations effectuées par l'altimètre à bord d'ENVISAT entre janvier 2003 et décembre 2007. Ces observations s'étendent jusqu'à 82°Sud, ce qui permet de couvrir environ 80% du continent Antarctique. Pendant la période d'étude deux fréquences sont exploitables (Bande S, soit 3.2GHz, et Bande Ku soit 13.6GHz), ce qui permet de mieux cerner la sensibilité de la mesure aux variations d'état du manteau neigeux couvrant la calotte polaire Antarctique. L'état de la surface neigeuse en Antarctique varie dans l'espace comme dans le temps, en réponse aux événements météorologiques de proche surface, et tout particulièrement les vents. Selon l'état de la surface, l'onde électromagnétique émise par l'altimètre va pénétrer plus ou moins profondément dans le manteau neigeux, modifiant la forme de l'écho enregistré lorsque cette onde retourne au satellite. La précision des mesures de topographie de la calotte polaire dépend alors de la connaissance des propriétés de surface, ainsi que de la compréhension des mécanismes contrôlant l'interaction des ondes électromagnétiques avec la surface neigeuse. Nous étudions dans cette thèse comment la forme de l'écho altimétrique évolue lorsque les conditions de vent à la surface de la calotte polaire changent, et affectent l'état de la surface. Nous commençons par étudier la variabilité spatiale et temporelle des observations altimétriques d'une part, et des intensités de vent d'autre part (réanalyses des modèles atmosphériques globaux NCEP/NCAR, NCEP/DOE et ERA-Interim). Nous en identifions les échelles de variations spatiales et temporelles caractéristiques. Cela nous permet de concevoir les traitements à appliquer afin d'homogénéiser les différentes sources d'information. Nous constatons que les variations de nos séries temporelles décrivent essentiellement un signal annuel, toujours maximal en été austral pour les variations de vents. En revanche les variations annuelles de la forme d'onde ne sont pas homogènes à l'échelle de la calotte polaire, mais mettent en évidence deux régions principales. Nous utilisons ensuite les propriétés de la forme d'onde altimétrique, et leurs variations temporelles pour reconstruire les variations d'intensité de vents.
Author: Julia Cantarano
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Languages : fr
Pages : 0
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