ETUDE DES PARAMETRES DE SURFACE DE LA CALOTTE POLAIRE ANTARCTIQUE, DANS LES DOMAINES SPECTRAUX DU VISIBLE ET DU PROCHE INFRAROUGE, A PARTIR DES DONNEES DE L'INSTRUMENT DE TELEDETECTION POLDER PDF Download
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L'ALBEDO DE LA SURFACE ANTARCTIQUE JOUE UN ROLE IMPORTANT DANS LES ETUDES CLIMATOLOGIQUES. ESSENTIELLEMENT DEUX FACTEURS PEUVENT MODIFIER SA VALEUR : LA TAILLE DES GRAINS DE NEIGE ET LA RUGOSITE DE SURFACE GENEREE PAR LES VENTS DOMINANTS. CES CARACTERISTIQUES DE SURFACE VARIENT DANS L'ESPACE ET DANS LE TEMPS ET SEULS LES SATELLITES PERMETTENT REGULIEREMENT LEURS ESTIMATIONS SUR UN CONTINENT AUSSI VASTE, INHOSPITALIER ET ISOLE QUE L'ANTARCTIQUE. PARMI LES INSTRUMENTS DE TELEDETECTION, POLDER (POLARIZATION AND DIRECTIONALITY OF THE EARTH'S REFLECTANCES), A BORD DU SATELLITE ADEOS, EST LE PREMIER A OFFRIR JUSQU'A 14 OBSERVATIONS D'UN MEME SITE, DANS LES DOMAINES SPECTRAUX DU VISIBLE ET DU PROCHE INFRAROUGE, SOUS DES ANGLES DE VISEE DIFFERENTS, AU COURS D'UNE SEULE ORBITE. COMME SA FAUCHEE EST LARGE ET QUE LES ORBITES D'ADEOS SE RECOUPENT A PROXIMITE DES POLES, LES REGIONS POLAIRES PROFITENT D'UNE BONNE COUVERTURE QUOTIDIENNE. PAR CONSEQUENT, POLDER SEMBLE ETRE PARTICULIEREMENT BIEN ADAPTE POUR ETUDIER LES FDRBS (FONCTIONS DE DISTRIBUTION DES REFLECTANCES BIDIRECTIONNELLES) DE LA NEIGE ANTARCTIQUE. DANS CETTE ETUDE EST MONTREE L'ANALYSE DES DONNEES POLDER DU MOIS DE NOVEMBRE 1996, DANS UNE REGION LIMITEE DE L'ANTARCTIQUE. APRES ELIMINATION DES NUAGES, PAR L'UTILISATION NOTAMMENT DES MESURES DE POLARISATION, DES FDRBS CARACTERISTIQUES DE DIFFERENTES ZONES ONT ETE RESTITUEES QUI ONT PERMIS L'EXTRACTION D'INFORMATIONS RELATIVES A LA RUGOSITE DE SURFACE ET A LA TAILLE DES GRAINS DE NEIGE.
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L'ALBEDO DE LA SURFACE ANTARCTIQUE JOUE UN ROLE IMPORTANT DANS LES ETUDES CLIMATOLOGIQUES. ESSENTIELLEMENT DEUX FACTEURS PEUVENT MODIFIER SA VALEUR : LA TAILLE DES GRAINS DE NEIGE ET LA RUGOSITE DE SURFACE GENEREE PAR LES VENTS DOMINANTS. CES CARACTERISTIQUES DE SURFACE VARIENT DANS L'ESPACE ET DANS LE TEMPS ET SEULS LES SATELLITES PERMETTENT REGULIEREMENT LEURS ESTIMATIONS SUR UN CONTINENT AUSSI VASTE, INHOSPITALIER ET ISOLE QUE L'ANTARCTIQUE. PARMI LES INSTRUMENTS DE TELEDETECTION, POLDER (POLARIZATION AND DIRECTIONALITY OF THE EARTH'S REFLECTANCES), A BORD DU SATELLITE ADEOS, EST LE PREMIER A OFFRIR JUSQU'A 14 OBSERVATIONS D'UN MEME SITE, DANS LES DOMAINES SPECTRAUX DU VISIBLE ET DU PROCHE INFRAROUGE, SOUS DES ANGLES DE VISEE DIFFERENTS, AU COURS D'UNE SEULE ORBITE. COMME SA FAUCHEE EST LARGE ET QUE LES ORBITES D'ADEOS SE RECOUPENT A PROXIMITE DES POLES, LES REGIONS POLAIRES PROFITENT D'UNE BONNE COUVERTURE QUOTIDIENNE. PAR CONSEQUENT, POLDER SEMBLE ETRE PARTICULIEREMENT BIEN ADAPTE POUR ETUDIER LES FDRBS (FONCTIONS DE DISTRIBUTION DES REFLECTANCES BIDIRECTIONNELLES) DE LA NEIGE ANTARCTIQUE. DANS CETTE ETUDE EST MONTREE L'ANALYSE DES DONNEES POLDER DU MOIS DE NOVEMBRE 1996, DANS UNE REGION LIMITEE DE L'ANTARCTIQUE. APRES ELIMINATION DES NUAGES, PAR L'UTILISATION NOTAMMENT DES MESURES DE POLARISATION, DES FDRBS CARACTERISTIQUES DE DIFFERENTES ZONES ONT ETE RESTITUEES QUI ONT PERMIS L'EXTRACTION D'INFORMATIONS RELATIVES A LA RUGOSITE DE SURFACE ET A LA TAILLE DES GRAINS DE NEIGE.
Author: Jean Mondet (auteur en géophysique).) Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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L'albedo de la surface antarctique joue un role important dans les etudes climatologiques. Essentiellement deux facteurs peuvent modifier sa valeur : la taille des grains de neige et la rugosite de surface generee par les vents dominants. Ces caracteristiques de surface varient dans l'espace et dans le temps et seuls les satellites permettent regulierement leurs estimations sur un continent aussi vaste, inhospitalier et isole que l'antarctique. Parmi les instruments de teledetection, polder (polarization and directionality of the earth's reflectances), a bord du satellite adeos, est le premier a offrir jusqu'a 14 observations d'un meme site, dans les domaines spectraux du visible et du proche infrarouge, sous des angles de visee differents, au cours d'une seule orbite. Comme sa fauchee est large et que les orbites d'adeos se recoupent a proximite des poles, les regions polaires profitent d'une bonne couverture quotidienne. Par consequent, polder semble etre particulierement bien adapte pour etudier les fdrbs (fonctions de distribution des reflectances bidirectionnelles) de la neige antarctique. Dans cette etude est montree l'analyse des donnees polder du mois de novembre 1996, dans une region limitee de l'antarctique. Apres elimination des nuages, par l'utilisation notamment des mesures de polarisation, des fdrbs caracteristiques de differentes zones ont ete restituees qui ont permis l'extraction d'informations relatives a la rugosite de surface et a la taille des grains de neige.
Author: Barbara Bourdelles Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 188
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La télédétection satellitaire est un outil privilegié pour estimer les caractéristiques des calottes polaires, régions difficiles d'accès de notre planète. Dans le spectre visible et proche infrarouge, les informations reçues proviennent des premiers centimètres du manteau neigeux. Or, la modélisation des propriétés optiques de la neige dans ces gammes d'ondes montre que la réflectance de la neige dépend de la taille de ses grains. Le sujet de cette thèse est d'étudier les relations entre les données de télédétection et la réflectance théorique de la neige pour calculer la taille des grains de la couche de surface d'un manteau neigeux. Une méthode de détermination de la taille des grains est proposée et on effectue une étude de sensibilité aux paramètres intervenant dans le processus: atmosphère, étalonnage, topographie. Deux modèles théoriques sont etudiés et utilisés, sur l'Antarctique et sur les Alpes. De simples rapports de réflectances mesurées dans des canaux différents donnent par ailleurs des résultats prometteurs, et permettront peut-être un suivi opérationnel du manteau neigeux. Enfin, une collaboration avec le centre d'études de la neige de météofrance a donné lieu à uneéetude des propriétés optiques de la neige polluée par des composants atmosphériques
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Lés études sur l'Antarctique sont motivées par l'interprétation des données que renferme la glace ancienne sur les climats passés et sur les possibles interactions entre la calotte et un éventuel changement climatique. Les radiomètres micro-ondes sont des instruments bien adaptés pour l'étude de la neige, car ils sont indépendants des conditions nuageuses et d'eclairement. Lorsque la neige est sèche, ils sont à même de fournir des informations en profondeur. Les caractéristiques du manteau neigeux (température, densité et taille de grains) sont liées aux processus de dépôt et leur évolution dépend des conditions climatiques. Ce sont ces caractéristiques, déterminantes vis-à-vis de la signature spectrale de la neige, que nous cherchons a évaluer à partir des données de télédetection. les données utilisées proviennent du scanning multichannel microwave radiometer à bord du satellite nimbus 7 (1978-86). Dans un premier temps, ces mesures ont été comparées à des données de terrain. A une forte stratification du manteau neigeux correspond une grande difference entre les polarisations verticale et horizontale, surtout pour les fréquences 6.6 et 10.7 ghz. On a trouvé aussi une forte corrélation entre la valeur moyenne de la taille des grains sur 0-2 mè́tre et la différence de comportement entre les fréquences 18 et 6.6 ghz (gradient en fréquence). Dans une seconde étape, nous avons modelisé l'émissivité micro-onde de la neige. Le modèle est basé sur la résolution des équations de Maxwell au travers de la théorie des fortes fluctuations (Stogryn 1986). Une solution analytique a été développée dans le cas d'un milieu uniforme en profondeur. Lorsque les caractéristiques de la neige changent en fonction de la profondeur, la solution fait appel à une résolution numérique. Le manteau neigeux est consideré isotherme, stratifié horizontalement et isotrope a l'intérieur de chaque strate. Les résultats du modèle font apparaitre plus clairement les contributions de la densité de la neige, de la taille des grains et surtout de la stratification sur les signatures spectrales.
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Lés études sur l'Antarctique sont motivées par l'interprétation des données que renferme la glace ancienne sur les climats passés et sur les possibles interactions entre la calotte et un éventuel changement climatique. Les radiomètres micro-ondes sont des instruments bien adaptés pour l'étude de la neige, car ils sont indépendants des conditions nuageuses et d'eclairement. Lorsque la neige est sèche, ils sont à même de fournir des informations en profondeur. Les caractéristiques du manteau neigeux (température, densité et taille de grains) sont liées aux processus de dépôt et leur évolution dépend des conditions climatiques. Ce sont ces caractéristiques, déterminantes vis-à-vis de la signature spectrale de la neige, que nous cherchons a évaluer à partir des données de télédetection. les données utilisées proviennent du scanning multichannel microwave radiometer à bord du satellite nimbus 7 (1978-86). Dans un premier temps, ces mesures ont été comparées à des données de terrain. A une forte stratification du manteau neigeux correspond une grande difference entre les polarisations verticale et horizontale, surtout pour les fréquences 6.6 et 10.7 ghz. On a trouvé aussi une forte corrélation entre la valeur moyenne de la taille des grains sur 0-2 mè́tre et la différence de comportement entre les fréquences 18 et 6.6 ghz (gradient en fréquence). Dans une seconde étape, nous avons modelisé l'émissivité micro-onde de la neige. Le modèle est basé sur la résolution des équations de Maxwell au travers de la théorie des fortes fluctuations (Stogryn 1986). Une solution analytique a été développée dans le cas d'un milieu uniforme en profondeur. Lorsque les caractéristiques de la neige changent en fonction de la profondeur, la solution fait appel à une résolution numérique. Le manteau neigeux est consideré isotherme, stratifié horizontalement et isotrope a l'intérieur de chaque strate. Les résultats du modèle font apparaitre plus clairement les contributions de la densité de la neige, de la taille des grains et surtout de la stratification sur les signatures spectrales
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La modélisation des calottes polaires est importante pour reconstruire l'état passé des calottes, comprendre l'état présent, et prévoir son évolution dans le contexte du réchauffement climatique et de l'élévation du niveau des mers. Les mécanismes qui interviennent dans la dynamique des calottes de glace et qui dépendent du climat sont nombreux, mais pour l'Antarctique il y a deux mécanismes très importants qui s'opposent : L'augmentation de la température qui est supposée entraîner une augmentation de la précipitation et un épaississement de la calotte, et l'intensification de l'écoulement de la glace qui tend à amincir la calotte. Pour étudier ces deux mécanismes, nous avons suivi deux approches : caractériser la calotte à partir des observations directes (c.-à-d. topographie de la surface et les vitesses d'écoulement de glace) ou indirectes (c.-à-d. Flux de bilan). Et la modéliser avec GRISLI (GRenoble Ice Shelf and Land Ice), en prenant en considération la dynamique des fleuves de glace et leurs localisations précises, pour mieux comprendre les mécanismes actifs qui interviennent dans la calotte. Le sujet de la thèse est l'amélioration de la modélisation de la calotte Antarctique à partir des données disponibles. Notamment celles basées sur la première et la deuxième dérivées de la surface (pente et courbures respectivement) pour faire des liens avec le drainage de la glace, et les structures de vitesses de bilan. Ces informations nous ont permis entre autres de développer différentes méthodes pour autoriser les fleuves de glace, qui ensuite ont été introduites dans GRISLI. Nous avons ensuite fait plusieurs études de sensibilité de la calotte sur les localisations des fleuves de glace, les données du flux géothermique et des paramètres qui contrôlent le glissement et la déformation de la glace. Enfin nous avons fait des comparaisons entre les structures observées et modélisées de la calotte, et nous avons vu que le modèle n'est pas loin de reproduire les structures observées.
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Une modélisation précise du manteau neigeux saisonnier est indispensable pour comprendre son évolution et améliorer la prévention d risque d'avalanche. Le Centre d'Études de la Neige (CEN) développe depuis plus de 20 ans un modèle de manteau neigeux nommé Crocus dédié à simuler son évolution et ses propriétés physiques uniquement à partir de variables météorologiques de surface. Les erreurs du modèle et l'imprécision des forçages météorologiques sont des sources inévitables d'incertitudes dans les prévisions de Crocus.Contraindre le modèle avec des observations peut être un moyen de minimiser l'impact de ces incertitudes dans les simulations. En raison de la faible densité des réseaux de mesures in situ et de la forte variabilité spatiale du manteau neigeux, il est vraisemblable que seule l'imagerie satellitaire puisse permettre une contrainte efficace du modèle. Le spectroradiomètre MODIS,fournissant quotidiennement des informations sur la surface terrestre à une résolution de 250m, est bien adapté pour l'observation du couvert nival. Ce capteur opère dans les domaines du visible et de l'infrarouge où les réflectances mesurées (rapport du flux solaire réfléchi surincident selon les longueurs d'onde) sont sensibles à certaines propriétés du manteau neigeux.Le nouveau schéma radiatif TARTES de Crocus est en mesure de simuler l'évolution de ces réflectances, ce qui ouvre la voie à l'assimilation des réflectances MODIS.L'objectif de la thèse est d'explorer l'assimilation des réflectances MODIS dans le modèle de manteau neigeux Crocus, dans une perspective opérationnelle à moyen terme. Ce projet s'appuie fortement sur l'expertise en modélisation physique et radiative du manteau neigeux et en assimilation de données présente au Centre d'Études de la Neige et au Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l'Environnement à Grenoble.Le projet s'est déroulé en deux étapes pour répondre aux questions suivantes :Les réflectances optiques satellitaires possèdent-elles un contenu informatif capable de contraindre efficacement le modèle Crocus ?Quels sont les obstacles à surmonter pour parvenir à l'assimilation effective des réflectances optiques mesurées par satellites ?Un filtre particulaire est utilisé comme méthode d'assimilation pour évaluer l'apport des réflectances sur les estimations du manteau neigeux en termes de hauteur de neige et son équivalent en eau liquide. Le choix de ce filtre, permis par la petite dimension du problème,est conforté par sa facilité d'implémentation au vu des contraintes fortes du modèle Crocus.Les expériences conduites dans cette étude sont réalisées au niveau du Col du Lautaret et du Col de Porte (Alpes françaises). Des expériences d'assimilation d'observations virtuelles démontrent le potentiel des réflectances spectrales pour guider Crocus dans ses estimations du manteau neigeux. L'erreur quadratique moyenne (RMSE) des variables intégrées de la hauteur de neige et de son équivalent en eau est réduite de près de moitié par l'assimilation des observations. L'efficacité de l'assimilation est cependant fortement dépendante de la distribution temporelle des observations.Des expériences d'assimilation de réflectances réelles mettent en évidence une grande sensibilité des résultats de l'assimilation à la qualité des observations. La conversion et le traitement des données MODIS au sommet de l'atmosphère (TOA) en réflectances de surface sont la cause de fortes incertitudes dans ces données. Les biais occasionnés et une mauvaise caractérisation de ces erreurs détériorent les estimations du manteau neigeux. Le contrôle qualité et la sélection des données satellitaires sont à ce titre une priorité dans la perspective d'assimilation des données satellitaires.Ce travail démontre ainsi le potentiel des données spatiales pour le suivi et la prévision du manteau neigeux, potentiel qu'il conviendra d'exploiter dans un futur proche.
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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.
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La réflectance de la neige est un paramètre climatique important qui suscite l'intérêt de plusieurs disciplines telles que la glaciologie, la climatologie, la météorologie, la prévision des risques d'avalanches. Le but de cette thèse est l'étude théorique et expérimentale de la réflectance de la neige sur la partie visible et proche infrarouge du spectre solaire. Une grande partie de ce travail de recherche a été consacrée à la modélisation des propriétés optiques de la neige en fonction de ses caractéristiques physiques (taille et forme des cristaux) et de sa pollution par le carbone suie. Le modèle développé fait appel a la théorie du transfert radiatif à l'aide de la méthode adding-doubling et fournit la polarisation du rayonnement réfléchi. Les limites de la théorie (forme des cristaux de neige dans le proche infrarouge) ont été mises en évidence lors de confrontations avec des mesures effectuées en laboratoire et sur le terrain. Cette étude s'inscrit aussi dans le cadre de la télédétection satellitaire et a pour but l'analyse des futures données du polarimètre-imageur P.O.L.D.E.R. (polarization and directionality of earth's reflectance) au dessus de l'Antarctique. Pour cela, un modèle prenant en compte la B.R.D.F. (bidirectional reflectance diffusion function) et les rugosités de surface (sastrugi) a été mis au point. Des mesures terrain de B.R.D.F. au pôle Sud nous ont été fournies et les résultats de comparaison avec le modèle sont prometteurs
Author: Michel Gay (chercheur en télédétection radar).) Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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La télédétection satellitaire est en mesure de fournir des informations globales sur les calottes polaires et d'en effectuer un suivi régulier dans le temps. Pour être facilement interprétées, afin d'en déduire les caractéristiques du manteau neigeux observé depuis l'espace (taille, forme de grains, rugosité de surface ... ), les données satellitaires doivent être validées et inversées à l'aide de paramétrisations simples. Il est alors indispensable de définir des paramètres robustes et simples de la taille et de la forme des grains de neige à partir de leur observation. Un moyen d'observation et de mesure est le traitement d'images gui a permis d' établir ces relations et qui a permis un traitement automatique d'un grand nombre de données indépendamment de l'observateur. Un autre problème glaciologique, est l'interprétation des données issues de l'analyse des gaz piégés dans les bulles d'air. Cette étude implique, en particulier, la datation de la glace dans le névé lors de la fermeture des pores, indispensable pour déterminer dans la glace profonde l'âge du gaz par rapport à la glace qui l'emprisonne. En effet la datation des gaz contenus dans les bulles des carottes de glace s'effectue à partir de l'âge de la glace, et par conséquent, elle néces ite la connaissance de la différence d'âge entre les gaz et la glace lors de la fermeture des pores. Ces datations nécessitent l'utilisation des modèles de densification, de fermeture des pores, et de diffusion des gaz dans le névé. Les carottages réalisés dans les régions centrales de l'Antarctique et du Groenland permettent d'obtenir des données expérimentales essentielles pour caractériser le névé polaire. Le traitement automatique des images issues de ces données a fourni les paramètres de structure introduits dans ces modèles. Un autre aspect étudié au Laboratoire de Glaciologie est l'augmentation de la taille moyenne des cristaux de glace avec la profondeur ou l'âge de la glace. Les analyses des lames minces de glace permettant de déterminer ces lois de grossissement des grains ont été réalisées jusgu'à présent manuellement. Le traitement automatique d' images 2D a permis d' analyser les lois de grossissement des grains sur d' autres sites et a permis d' étudier les microstructures en terme d' évolution des distributions de taille et en terme d'évolution de la topologie des grains.
Author: JEAN.. MONDET
Author: JEAN.. MONDET
Author: Jean Mondet (auteur en géophysique).)
Author: Barbara Bourdelles
Author: Sylviane Surdyk
Author: Sylviane Surdyk
Author: Giuliat Navas
Author: Luc Charrois
Author: Soazig Parouty
Author: Catherine Leroux
Author: Michel Gay (chercheur en télédétection radar).)