Étude des propriétés optiques et radiatives des nuages de type cirrus déduites de la synergie des mesures de rayonnement passif et actif PDF Download
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Author: Odran Sourdeval
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 220
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Book Description
Les nuages de glace de type cirrus sont reconnus comme ayant un impact radiatif important mais encore mal déterminé sur le système Terre-atmosphère. Récemment, la constellation de satellites A-Train a efficacement contribué à leur étude, grâce un panel d’instruments en parfaite synergie les uns avec les autres. Dans cette thèse, nous proposons d’utiliser l’instrumentation de l’A-Train afin d’étudier les propriétés optiques et radiatives des cirrus. Dans un premier temps, des données issues de deux campagnes aéroportées sont utilisées, afin d’effectuer une validation des mesures du radiomètre infrarouge spatial IIR. Nous montrons de très bonnes similitudes entre les mesures radiométriques aéroportées et spatiales, ce qui permet de conclure à la validation de ces dernières. Une seconde étude présente un algorithme développé dans le but de restituer l’épaisseur optique des cirrus et la dimension effective des cristaux qui les composent, à partir des mesures de IIR. Nous montrons que ses résultats sont en accord avec des mesures in situ et des produits opérationnels, mais remarquons cependant que leur qualité pourrait être améliorée dans l’hypothèse d’une meilleure connaissance des propriétés de nuages d’eau liquide sous-jacents. Une troisième étude propose donc une amélioration de cet algorithme, permettant de restituer simultanément les propriétés d’une couche de nuage de glace et de deux couches de nuage d’eau liquide. Cet algorithme ’multi-couches’ est appliqué sur un grand nombre de cas, de manière à juger efficacement de la qualité de ses résultats. Des comparaisons avec divers produits opérationnels montrent une bonne cohérence de nos restitutions.
Author: Odran Sourdeval
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Category :
Languages : fr
Pages : 220
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Book Description
Les nuages de glace de type cirrus sont reconnus comme ayant un impact radiatif important mais encore mal déterminé sur le système Terre-atmosphère. Récemment, la constellation de satellites A-Train a efficacement contribué à leur étude, grâce un panel d’instruments en parfaite synergie les uns avec les autres. Dans cette thèse, nous proposons d’utiliser l’instrumentation de l’A-Train afin d’étudier les propriétés optiques et radiatives des cirrus. Dans un premier temps, des données issues de deux campagnes aéroportées sont utilisées, afin d’effectuer une validation des mesures du radiomètre infrarouge spatial IIR. Nous montrons de très bonnes similitudes entre les mesures radiométriques aéroportées et spatiales, ce qui permet de conclure à la validation de ces dernières. Une seconde étude présente un algorithme développé dans le but de restituer l’épaisseur optique des cirrus et la dimension effective des cristaux qui les composent, à partir des mesures de IIR. Nous montrons que ses résultats sont en accord avec des mesures in situ et des produits opérationnels, mais remarquons cependant que leur qualité pourrait être améliorée dans l’hypothèse d’une meilleure connaissance des propriétés de nuages d’eau liquide sous-jacents. Une troisième étude propose donc une amélioration de cet algorithme, permettant de restituer simultanément les propriétés d’une couche de nuage de glace et de deux couches de nuage d’eau liquide. Cet algorithme ’multi-couches’ est appliqué sur un grand nombre de cas, de manière à juger efficacement de la qualité de ses résultats. Des comparaisons avec divers produits opérationnels montrent une bonne cohérence de nos restitutions.
Author: Benjamin Marchant
Publisher:
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Category :
Languages : fr
Pages : 181
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Book Description
Les nuages constituent une des principales sources d’incertitudes dans les modèles climatiques actuels. Ces incertitudes découlent de la difficulté à établir des paramétrisations permettant d’intégrer correctement les propriétés radiatives des nuages dans les modèles climatiques. Pour améliorer et optimiser ces paramétrisations il est nécessaire de collecter un grand nombre d’informations sur les grandeurs macrophysiques et microphysiques des nuages. La restitution de ces propriétés repose largement sur la comparaison de mesures satellitaires à des simulations réalisées à partir de modèles de transfert radiatif en atmosphère nuageuse. Cette étude est consacrée aux nuages de la haute troposphère de type cirrus dont l’une des caractéristiques est d’être principalement constitués de cristaux de glace non sphériques avec des formes et des tailles variées. Afin de comprendre les propriétés radiatives de ces nuages, il est donc nécessaire d’étudier au préalable les interactions du rayonnement électromagnétique avec ce type de cristaux. Pour cela, nous avons développé plusieurs algorithmes basés sur des approximations de l’optique géométrique et de l’optique ondulatoire. D’autre part, les propriétés radiatives de ces nuages dépendent de leurs caractéristiques macrophysiques et microphysiques, comme l’épaisseur géométrique et l’altitude, l’épaisseur optique, ainsi que la taille et la forme des cristaux qui le composent. Des campagnes aéroportées de mesures in situ ont révélé que ces nuages pouvaient également présenter une variabilité verticale importante de leur distribution granulométrique. Il est donc primordial d’évaluer l’impact radiatif de cette variabilité verticale pour établir si et comment elle doit ître prise en compte dans les modèles. Pour répondre à cette question, nous avons développé un modèle de cirrus permettant de décrire cette hétérogénéité. Nous avons alors montré, à partir de l’évaluation de la sensibilité des propriétés radiatives de ces nuages au profil vertical, qu’il est important de prendre en compte cette hétérogénéité et comment retrouver certaines informations sur le profil vertical par télédétection passive
Author: Gérard Brogniez
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Languages : en
Pages : 351
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Pour améliorer la connaissance des nuages de cristaux de glace de la haute troposphère, des programmes de recherche internationaux de grande ampleur ont été mis en place ces dernières années. Ce travail s'inscrit dans le cadre de l'expérience ICE (International Cirrus Experiment) et de la campagne en préparation EUCREX (EUropean Cloud and Radiation EXperiment). Le seul moyen permettant une étude globale, à l'échelle planétaire des cirrus est l'observation satellitaire. Ceci a nécessité la mise au point de codes radiatifs adaptés au cas des particules non sphériques. Nous avons étudié des modèles de tels nuages, en faisant en premier lieu l'hypothèse qu'ils sont composés de cristaux de glace de forme cylindrique. Ces résultats ont été utilisés pour interpréter l'observation satellitaire des cirrus semi-transparents. Cette application concerne la télédétection satellitaire à l'aide des canaux infrarouges à 11 μm et 12 μm du radiomètre AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) porté sur le satellite NOAA 9 (National Oceanic and Atmospheric Administration). Afin d'effectuer une modélisation plus fine des cirrus, nous avons fait ensuite l'hypothèse qu'ils sont constitués de cristaux, dont la structure de base est hexagonale. Nous avons utilisé tout un ensemble d'observations radiatives (lidar, radiométrie infrarouge et visible) pour caractériser les propriétés optiques moyennes d'un cirrus, des caractéristiques microphysiques ont été déduites et sont tout à fait en accord avec l'interprétation des observations satellitaires. Nous avons étudié le cas où les particules de glace ont une orientation privilégiée dans le cirrus. Le calcul approché du transfert radiatif dans un tel milieu a été mis au point et les effets radiatifs dus à cette anisotropie ont été quantifiés
Author: Laurianne Guilaine Bécu
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Languages : en
Pages : 215
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Les cirrus couvrent en permanence 20 % de la surface terrestre et jouent un rôle important sur le bilan énergétique du système Terre - Atmosphère. Cependant, la modélisation de leurs interactions avec les rayonnements solaire et tellurique est encore incertaine. Ceci tient du fait que les particules cristallines qui les composent sont de forme et de taille extrêmement variables, ce qui rend impossible le calcul exact des interactions de chacune d'elles avec le rayonnement électromagnétique. Il faut alors développer un modèle microphysique "moyen" capable de restituer les propriétés radiatives de ces nuages. Un modèle de cristaux de glace conçu au laboratoire a été validé dans le domaine visible du spectre, avec une précision supérieure aux modèles existants dans ce domaine de longueur d'onde. Le travail effectué ici consiste maintenant à étendre la modélisation au domaine de l'infra- rouge moyen et thermique. Nous avons dans un premier temps intégré les propriétés optiques en infrarouge thermique de deux modèles microphysiques simples dans un code de transfert radiatif adapté à ce domaine de longueur d'onde. Nous avons ensuite confronté les résultats aux mesures effectuées pendant la campagne aéroportée FRENCH / DIRAC 2001, dédiée à l'étude des cirrus en infrarouge. Cette campagne a permis d'utiliser et de valider deux prototypes d'instruments opérant dans l'infrarouge moyen et thermique. La restitution des mesures en infrarouge thermique à partir des modèles s'est avérée correcte et une méthode de "split-window" a permis d'obtenir une information sur la microphysique du nuage. Parallèlement, nous avons utilisé notre modèle pour la simulation dans le domaine du moyen infrarouge avec un code de transfert adapté à ces longueurs d'onde. Les résultats ont montré un bon accord avec les mesures et une méthode à deux longueurs d'onde a permis de restituer une microphysique équivalente à celle déjà pressentie dans l'étude précédente. Des comparaisons avec des mesures in situ ont permis de valider la microphysique restituée par les modèles.
Author: Laurent Couillard-Labonnote
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Languages : fr
Pages : 212
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Author: Vincent Noe͏̈l
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Languages : fr
Pages : 159
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Author: GUY.. FEBVRE
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Languages : fr
Pages : 166
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Book Description
LES CIRRUS COUVRENT REGULIEREMENT 20% DE LA SURFACE DU GLOBE. LEUR ROLE SUR LE BILAN CLIMATIQUE DE LA PLANETE EST DONC LOIN D'ETRE NEGLIGEABLE. UNE MEILLEURE COMPREHENSION DE LEUR INFLUENCE NECESSITE UNE DESCRIPTION DETAILLEE DE LEURS PROPRIETES OPTIQUES ET DE LEUR STRUCTURE MICROPHYSIQUE. CE MANUSCRIT PRESENTE UNE APPROCHE ORIGINALE DE L'ETUDE DE CES NUAGES A PARTIR DE L'ECHANTILLONNAGE QUASI SIMULTANE DE MESURES MICROPHYSIQUES IN SITU ET TELEDECTECTEES (LIDAR + RADIOMETRE). LA METHODE D'ANALYSE UTILISEE EST LA METHODE LIRAD QUI EST ADAPTEE A L'ETUDE DES NUAGES OPTIQUEMENT FINS. LA DETERMINATION DE PARAMETRES IMPORTANTS TELS QUE K (RAPPORT CFFICIENT DE RETRODIFFUSION SUR CFFICIENT D'EXTINCTION) NECESSITE L'ETALONNAGE DU LIDAR. UNE NOUVELLE METHODE S'APPUYANT SUR UNE ETUDE STATISTIQUE DE LA DISTRIBUTION DU CFFICIENT D'EXTINCTION EST PRESENTEE. L'UTILISATION DE CETTE METHODOLOGIE SUR DES CAS DE NUAGES REELS (CIRRUS) ET ARTIFICIELS (TRAINEES DE CONDENSATION) MET EN EVIDENCE LA DISPARITE DE LEURS PROPRIETES OPTIQUES ET MICROPHYSIQUES. L'ANALYSE DE CES RESULTATS A PERMIS D'UNE PART DE MONTRER QUE LES PROPRIETES OPTIQUES DE TRAINEES DE CONDENSATION PEUVENT ETRE MODELISEES EN SUPPOSANT DES SPHERES DE GLACE ET D'AUTRE DE PART DE PROPOSER UN SCHEMA CONCEPTUEL D'EVOLUTION DE CES NUAGES DANS LA PERSPECTIVE D'UNE MODELISATION
Author: Anthony Guignard
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Languages : fr
Pages : 198
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Book Description
Les nuages de glace couvrent en moyenne 30 % de la surface du globe et occupent une place privilégiée dans l'étude du climat. Composés de cristaux de taille et de forme variables, ces nuages présentent des propriétés optiques complexes qu'il s'avère nécessaire de déterminer afin d'évaluer leur impact sur le bilan radiatif global. L'objectif de cette thèse est la restitution et l'analyse des propriétés microphysiques des nuages de glace et nous utilisons pour cela la synergie des observations spatiales de la constellation A-Train : les mesures du sondeur infrarouge AIRS et la caractérisation des différentes couches nuageuses fournit par le lidar CALIOP et le radar CloudSat. Nous développons une méthode de restitution des propriétés microphysiques basée sur la différence des émissivités nuageuses entre 8 et 12,5 μm qui nous permet de déterminer l'épaisseur en glace ainsi que le diamètre effectif et la forme des cristaux de glace des cirrus. L'analyse de six ans d'observations nous permet d'établir une climatologie des propriétés des cirrus que nous comparons à d'autres climatologies nuageuses dans le cadre du GEWEX cloud assessment. Nous analysons ensuite les relations entre les différentes propriétés physiques et microphysiques des cirrus afin d'établir des paramétrisations du diamètre effectif qui soient valides à l'échelle globale et utilisables dans les modèles de climat. Nous estimons également le contenu en glace des cirrus qui nous permet en plus d'évaluer une méthode alternative de caractérisation de leur comportement radiatif basée sur un ensemble de propriétés optiques obtenues à partir de campagnes de mesures aéroportées.
Author: Vincent Giraud
Publisher:
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Languages : fr
Pages : 202
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Book Description
Les simulations de l'impact climatique des nuages ont, en particulier, mis en evidence le role critique des cirrus sur le bilan radiatif de la terre. La prise en compte de facon realiste de ce type de nuages dans les modeles de circulation generale (gcm) n'est pas encore possible, principalement a cause du manque d'observation de la microphysique des cirrus a l'echelle du globe. De plus, les caracteristiques microphysiques assimilables dans ces modeles sont necessairement representatives d'une microphysique simplifiee qui doit neanmoins permettre de simuler l'influence des cirrus sur le rayonnement. C'est cette microphysique qu'il est necessaire d'observer a l'echelle de la planete. C'est dans cette perspective que ce travail a ete effectue. Il consiste en l'elaboration d'une procedure de traitement permettant (i) la detection des cirrus et (ii) la recherche de leurs caracteristiques microphysiques, a partir des mesures du radiometre avhrr embarque sur les satellites noaa. Sur les images avhrr, les pixels couverts par des cirrus sont detectes par une methode de classification statistique (nuees dynamiques). Elle permet de differencier les principaux types de nuages a partir de leurs proprietes spectrales (visible et infrarouge) et spatiales (variances sur 9 pixels voisins dans le visible et l'infrarouge). Sur les zones couvertes par des cirrus, nous recherchons une caracteristique microphysique qui permet de simuler au mieux le rayonnement mesure dans les deux canaux de l'avhrr situes dans la fenetre infrarouge thermique (10-12 m). Pour chaque zone, cette caracteristique est representative de la microphysique des parties semi-transparentes du cirrus le plus froid et qui possede les particules les plus petites. Si nous assimilons la forme des cristaux a des spheres de glace, la caracteristique microphysique ainsi obtenue permet de deduire le diametre effectif des particules. Notre procedure de traitement a ete appliquee sur un ensemble de 21 images representatives de conditions meteorologiques de latitudes moyennes. Sur ces images, nous avons observe, dans certains cirrus, des zones de forte concentration de tres petites particules. Les cristaux les plus petits, de diametre effectif compris entre 10 et 20 m, ont ete observees seulement pour des cirrus de temperature superieure a 230 k.
Author: Hélène Chepfer
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ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 394
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Book Description
La comparaison des différentes mesures avec les modeles montre que les données de polarisation (POLDER et lidar) sont très discriminantes pour la microphysique (forme, taille, orientation des cristaux), et que la combinaison de différentes mesures permet de réduire le nombre de modèles susceptibles de les expliquer. Une étude de sensibilité du forçage radiatif met en évidence l'impact important de l'orientation préférentielle des cristaux de glace dans le cirrus.
