Evolution des propriétés physiques de neige de surface sur le plateau Antarctique. Observations et modélisation du transfert radiatif et du métamorphisme PDF Download
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Le bilan d'énergie de surface du Plateau Antarctique est essentiellement contrôlé par les propriétés physiques des premiers centimètres du manteau neigeux. Or l'évolution de cette neige de surface est complexe car elle dépend de processus fondamentalement imbriqués: vitesse de métamorphisme, profils de température, pénétration du rayonnement solaire, précipitations, transport de neige par le vent, etc. L'objectif de ces travaux de thèse est d'étudier ces diverses composantes et leur couplage afin de simuler l'évolution de la densité de la neige et de la taille de grain (surface spécifique) sur le Plateau Antarctique. Pour représenter de manière physique l'absorption de l'énergie solaire à l'intérieur du manteau, un modèle de transfert radiatif à fine résolution spectrale (TARTES) a été implémenté dans le modèle de manteau neigeux détaillé Crocus. TARTES permet de calculer le profil vertical d'absorption d'énergie dans un manteau stratifié dont les caractéristiques sont connues. Parmi elles, la forme des grains, explicitement prise en compte dans TARTES, a été peu étudiée jusqu'à présent. C'est pourquoi une méthode de détermination expérimentale de la forme optique des grains est proposée et appliquée à un grand nombre d'échantillons de neige. Cette méthode, basée sur des mesures optiques, des simulations TARTES, et l'inférence bayésienne, a permis de déterminer la forme la plus adéquate pour simuler les propriétés optiques de la neige, et a mis en évidence le fait que représenter la neige par un ensemble de particules sphériques conduisait à surestimer la profondeur de pénétration du rayonnement d'environ 30%. L'impact de l'absorption en profondeur du rayonnement sur les profils de température dans le manteau et son métamorphisme est ensuite étudié par des approches analytique et numérique, mettant en valeur la sensibilité des profils aux propriétés de la neige proche de la surface. En particulier, la densité de la neige sur les premiers centimètres est cruciale pour le bilan d'énergie du manteau car elle impacte à la fois la profondeur de pénétration du rayonnement et la conductivité thermique du manteau. Puisque le modèle Crocus tient compte de ce couplage entre propriétés optiques et physiques du manteau, il est utilisé pour estimer l'influence des conditions météorologiques sur la variabilité temporelle des propriétés physiques de la neige de surface à Dôme C. Ces simulations sont évaluées au regard d'un jeu de données collectées lors de missions de terrain et de mesures automatiques de l'albédo spectral et de la pénétration du rayonnement dans la neige. Ces observations mettent en évidence le rôle primordial des précipitations dans les variations rapides de taille de grain en surface et l'existence d'un cycle saisonnier de cette taille de grain. Ces variations sont bien simulées par Crocus lorsque le forçage atmosphérique qui lui est imposé est adéquat. En particulier, l'impact du vent sur l'évolution du manteau est fondamental car il contrôle la densité de surface par le biais du transport de neige. Ce transport est aussi à l'origine de la variabilité spatiale des propriétés de la neige observée à Dôme C. C'est pourquoi une modélisation stochastique de l'érosion et du transport de neige dans Crocus est proposée. En plus d'expliquer la variabilité spatiale de la densité et de la taille de grain, elle permet de reproduire celle de l'accumulation annuelle ainsi que les variations rapides de hauteur de neige liées à des épisodes de vent. Ces travaux ont permis une meilleure représentation des processus physiques qui contrôlent les variations des propriétés de la neige de surface à Dôme C, tout en soulignant le rôle primordial du vent, dont l'impact sur le manteau est particulièrement complexe à simuler.
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Le bilan d'énergie de surface du Plateau Antarctique est essentiellement contrôlé par les propriétés physiques des premiers centimètres du manteau neigeux. Or l'évolution de cette neige de surface est complexe car elle dépend de processus fondamentalement imbriqués: vitesse de métamorphisme, profils de température, pénétration du rayonnement solaire, précipitations, transport de neige par le vent, etc. L'objectif de ces travaux de thèse est d'étudier ces diverses composantes et leur couplage afin de simuler l'évolution de la densité de la neige et de la taille de grain (surface spécifique) sur le Plateau Antarctique. Pour représenter de manière physique l'absorption de l'énergie solaire à l'intérieur du manteau, un modèle de transfert radiatif à fine résolution spectrale (TARTES) a été implémenté dans le modèle de manteau neigeux détaillé Crocus. TARTES permet de calculer le profil vertical d'absorption d'énergie dans un manteau stratifié dont les caractéristiques sont connues. Parmi elles, la forme des grains, explicitement prise en compte dans TARTES, a été peu étudiée jusqu'à présent. C'est pourquoi une méthode de détermination expérimentale de la forme optique des grains est proposée et appliquée à un grand nombre d'échantillons de neige. Cette méthode, basée sur des mesures optiques, des simulations TARTES, et l'inférence bayésienne, a permis de déterminer la forme la plus adéquate pour simuler les propriétés optiques de la neige, et a mis en évidence le fait que représenter la neige par un ensemble de particules sphériques conduisait à surestimer la profondeur de pénétration du rayonnement d'environ 30%. L'impact de l'absorption en profondeur du rayonnement sur les profils de température dans le manteau et son métamorphisme est ensuite étudié par des approches analytique et numérique, mettant en valeur la sensibilité des profils aux propriétés de la neige proche de la surface. En particulier, la densité de la neige sur les premiers centimètres est cruciale pour le bilan d'énergie du manteau car elle impacte à la fois la profondeur de pénétration du rayonnement et la conductivité thermique du manteau. Puisque le modèle Crocus tient compte de ce couplage entre propriétés optiques et physiques du manteau, il est utilisé pour estimer l'influence des conditions météorologiques sur la variabilité temporelle des propriétés physiques de la neige de surface à Dôme C. Ces simulations sont évaluées au regard d'un jeu de données collectées lors de missions de terrain et de mesures automatiques de l'albédo spectral et de la pénétration du rayonnement dans la neige. Ces observations mettent en évidence le rôle primordial des précipitations dans les variations rapides de taille de grain en surface et l'existence d'un cycle saisonnier de cette taille de grain. Ces variations sont bien simulées par Crocus lorsque le forçage atmosphérique qui lui est imposé est adéquat. En particulier, l'impact du vent sur l'évolution du manteau est fondamental car il contrôle la densité de surface par le biais du transport de neige. Ce transport est aussi à l'origine de la variabilité spatiale des propriétés de la neige observée à Dôme C. C'est pourquoi une modélisation stochastique de l'érosion et du transport de neige dans Crocus est proposée. En plus d'expliquer la variabilité spatiale de la densité et de la taille de grain, elle permet de reproduire celle de l'accumulation annuelle ainsi que les variations rapides de hauteur de neige liées à des épisodes de vent. Ces travaux ont permis une meilleure représentation des processus physiques qui contrôlent les variations des propriétés de la neige de surface à Dôme C, tout en soulignant le rôle primordial du vent, dont l'impact sur le manteau est particulièrement complexe à simuler.
Author: Nicolas Champollion Publisher: ISBN: Category : 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.
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La neige est la surface terrestre la plus réfléchissante et sa présence sur de vastes étendues comme l'Antarctique affecte considérablement le bilan énergétique de la Terre. L'albédo de la neige dépend de ses propriétés physiques, et notamment de sa surface spécifique, c'est-à-dire de la surface totale de ce milieu poreux accessible aux gaz, par unité de masse. La surface spécifique (SS) est également une variable importante pour la chimie des interactions neige-atmosphère, car elle permet de quantifier les molécules adsorbées. Cependant, faute de méthodes simples pour la mesurer, la SS de la neige antarctique a été très peu étudiée. Un des objectifs de ce travail a été de concevoir et de mettre au point un nouveau dispositif expérimental pour mesurer la SS de la neige à partir de sa réflectance dans l'infra-rouge. Ce dispositif permet une mesure rapide avec une précision de 10 % et il est facile à mettre en œuvre dans les conditions hostiles des régions polaires. Nous avons ainsi réalisé les premières mesures de SS de la neige de surface sur le plateau Antarctique, à Dôme C (DC) et sur le trajet entre DC et la base côtière de Dumont D'Urville (DDU). Ces mesures ont été effectuées dans des puits d'environ un mètre de profondeur. Des suivis de l'évolution journalière de la SS ont également été réalisés. Il a été mis en évidence que les propriétés physiques de la neige sont spatialement inhomogènes à l'échelle de quelques mètres sur le plateau Antarctique car l'accumulation y est très faible et le vent remobilise la neige de surface, pour la redéposer en couches discontinues. Des hétérogénéités sont aussi observées entre DC et DDU, à cause notamment de l'augmentation de la vitesse du vent lorsque l'on se rapproche de la côte. A l'échelle journalière, les variations de la SS de la neige observées pour les deux premiers centimètres du manteau neigeux s'expliquent par la formation de givre de surface la nuit et de cristaux de sublimation le jour. Toutes ces mesures nous ont permis de calculer l'albédo de la neige sur le plateau Antarctique et ses variations journalières. Une étude préliminaire propose une comparaison de ces mesures avec des observations satellitales et les premiers résultats sont très encourageants quant à la possibilité de déterminer la SS de la neige depuis l'espace.
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La neige est la surface terrestre la plus réfléchissante et sa présence sur de vastes étendues comme l'Antarctique affecte considérablement le bilan énergétique de la Terre. L'albédo de la neige dépend de ses propriétés physiques, et notamment de sa surface spécifique, c'est-à-dire de la surface totale de ce milieu poreux accessible aux gaz, par unité de masse. La surface spécifique (SS) est également une variable importante pour la chimie des interactions neige-atmosphère, car elle permet de quantifier les molécules adsorbées. Cependant, faute de méthodes simples pour la mesurer, la SS de la neige antarctique a été très peu étudiée. Un des objectifs de ce travail a été de concevoir et de mettre au point un nouveau dispositif expérimental pour mesurer la SS de la neige à partir de sa réflectance dans l'infra-rouge. Ce dispositif permet une mesure rapide avec une précision de 10 % et il est facile à mettre en œuvre dans les conditions hostiles des régions polaires. Nous avons ainsi réalisé les premières mesures de SS de la neige de surface sur le plateau Antarctique, à Dôme C (DC) et sur le trajet entre DC et la base côtière de Dumont D'Urville (DDU). Ces mesures ont été effectuées dans des puits d'environ un mètre de profondeur. Des suivis de l'évolution journalière de la SS ont également été réalisés. Il a été mis en évidence que les propriétés physiques de la neige sont spatialement inhomogènes à l'échelle de quelques mètres sur le plateau Antarctique car l'accumulation y est très faible et le vent remobilise la neige de surface, pour la redéposer en couches discontinues. Des hétérogénéités sont aussi observées entre DC et DDU, à cause notamment de l'augmentation de la vitesse du vent lorsque l'on se rapproche de la côte. A l'échelle journalière, les variations de la SS de la neige observées pour les deux premiers centimètres du manteau neigeux s'expliquent par la formation de givre de surface la nuit et de cristaux de sublimation le jour. Toutes ces mesures nous ont permis de calculer l'albédo de la neige sur le plateau Antarctique et ses variations journalières. Une étude préliminaire propose une comparaison de ces mesures avec des observations satellitales et les premiers résultats sont très encourageants quant à la possibilité de déterminer la SS de la neige depuis l'espace.
Author: Hélène Fréville Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 196
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The antarctic ice sheet is a key element in the climate system and an archive of past climate variations. However, given the scarcity of observations due to the geographical remoteness of Antarctica and its harsh conditions, little is known about the processes that control its mass balance and energy. In this context, several studies focus on the surface temperature which controls the snow temperature up to tens, if not hundreds, of meters beneath the surface. It also influences the thermal state of the antarctic ice sheet, its dynamics, and thus, its mass balance. Surface temperature is also directly linked to the surface energy balance through its impact on thermal and surface turbulent heat flux emissions. Thus, surface temperature analysis and the study of physical processes that control surface temperature variability contribute to the better understanding of the surface energy balance, which is a necessary step to identify the actual state of the antarctic ice sheet and forecast its impact on sea level rise. This thesis work contributes to this effort by focusing on the surface temperature diurnal cycle and various factors impacting spatial and temporal surface temperature variability on the Antarctic Plateau. First, an evaluation of MODIS data, done by comparison with in situ measurements, shows MODIS great potential in the observation of the surface temperature of the Antarctic Plateau under clear-sky conditions. Hourly MODIS surface temperature data from 2000 to 2011 were then used to evaluate the accuracy of snow surface temperature in the ERA-Interim reanalysis and the temperature produced by a stand-alone simulation with the Crocus snowpack model using ERA-Interim forcing. It reveals that ERA-Interim has a widespread warm bias on the Antarctic Plateau ranging from +3 to +6°C depending on the location. Afterwards, observations of the surface temperature diurnal cycle allow an identification of the surface density as a factor of surface temperature variability. On the topmost centimeters of the snowpack where most mass and energy exchanges between the surface and atmosphere happen, density is critical for the energy budget because it impacts both the effective thermal conductivity and the penetration depth of light. However, there are considerable uncertainties around surface density spatio-temporal variability and the processes that control it. Besides, since surface density can only be measured in situ, surface density measurements in Antarctica are restricted to limited geographical areas. Thus, this thesis also explores a new application of surface temperature by estimating surface density in Antarctica based on the monotonic relation between surface density and surface temperature diurnal amplitude. A map of surface density is obtained by minimising the simulation error related to diurnal amplitude of the surface temperature.
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Dans la neige, l'existence de gradients thermiques est à l'origine de flux de vapeur d'eau à travers toute l'épaisseur du manteau neigeux. Il en résulte des transformations physiques des cristaux de neige ainsi que l'entraînement d'espèces chimiques et leur libération dans l'atmosphère. Ces phénomènes sont englobés sous le terme de métamorphisme de la neige et sont susceptibles d'affecter les propriétés physiques du manteau neigeux et la composition chimique de l'atmosphère. Pour mieux comprendre l'influence de l'intensité du métamorphisme sur les échanges air/neige, nous avons étudié le métamorphisme en chambre froide, successivement en conditions isothermes et de gradient thermique, ainsi que sur le terrain, au cours d'un hiver complet en Alaska. Nous nous sommes attachés à la mesure de certains paramètres physiques, dont la surface spécifique, variable centrale dans l'étude du manteau neigeux. Nous avons mis en évidence que la cinétique de décroissance de la surface spécifique de la neige, en conditions isothermes et de gradient, suivait une loi logarithmique simple. Nous avons également démontré qu'en conditions isothermes, cette relation découlait de la loi générale du mûrissement d'Ostwald. En conditions non-isothermes, la physique du phénomène étant plus complexe, nous nous sommes résolus à une description empirique de l'évolution de la surface spécifique afin qu'elle puisse être prise en compte dans les modèles d'évolution du manteau neigeux. Cette étude nous a finalement permis d'identifier des interactions complexes entre la neige et le climat.
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Dans la neige, l'existence de gradients thermiques est à l'origine de flux de vapeur d'eau à travers toute l'épaisseur du manteau neigeux. Il en résulte des transformations physiques des cristaux de neige ainsi que l'entraînement d'espèces chimiques et leur libération dans l'atmosphère. Ces phénomènes sont englobés sous le terme de métamorphisme de la neige et sont susceptibles d'affecter les propriétés physiques du manteau neigeux et la composition chimique de l'atmosphère. Pour mieux comprendre l'influence de l'intensité du métamorphisme sur les échanges air/neige, nous avons étudié le métamorphisme en chambre froide, successivement en conditions isothermes et de gradient thermique, ainsi que sur le terrain, au cours d'un hiver complet en Alaska. Nous nous sommes attachés à la mesure de certains paramètres physiques, dont la surface spécifique, variable centrale dans l'étude du manteau neigeux. Nous avons mis en évidence que la cinétique de décroissance de la surface spécifique de la neige, en conditions isothermes et de gradient, suivait une loi logarithmique simple. Nous avons également démontré qu'en conditions isothermes, cette relation découlait de la loi générale du mûrissement d'Ostwald. En conditions non-isothermes, la physique du phénomène étant plus complexe, nous nous sommes résolus à une description empirique de l'évolution de la surface spécifique afin qu'elle puisse être prise en compte dans les modèles d'évolution du manteau neigeux. Cette étude nous a finalement permis d'identifier des interactions complexes entre la neige et le climat.
Author: Carlo Maria Carmagnola Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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La neige est un matériau poreux dont la microstructure change en permanence. L'ensemble de ces transformations, qui prend le nom de ``métamorphisme", est susceptible d'affecter les propriétés thermiques, mécaniques et électromagnétiques de la neige au niveau macroscopique. En particulier, les échanges d'énergie et de matière à l'intérieur du manteau neigeux et entre la neige et l'atmosphère sont fortement influencés par l'évolution au cours du temps de la microstructure de la neige. Une représentation adéquate du métamorphisme dans les modèles de manteau neigeux s'avère donc cruciale. La microstructure d'un matériau poreux peut être raisonnablement décrite en se servant d'un nombre réduit de variables. En effet, la masse volumique, la surface spécifique (SSA) et la distribution de courbure permettent de caractériser la microstructure d'un matériau. Cependant, dans le cas de la neige cette approche n'en est qu'à ses débuts et n'a pas encore été appliquée de façon systématique. Des variables semi-empiriques, difficiles à mesurer et dépourvues de lien direct avec d'autres propriétés physiques, sont encore largement utilisées dans les modèles détaillés de manteau neigeux. Ce travail de thèse s'inscrit dans cette tentative de représenter la microstructure de la neige au cours du temps à l'aide de variables bien définies et mesurables sur le terrain. Parmi ces variables, nous nous sommes attachés notamment à la SSA, qui constitue une grandeur essentielle pour l'étude du manteau neigeux et de son évolution temporelle. Différentes lois d'évolution de la SSA ont été étudiées, à partir de relations empiriques basées sur des ajustements de données expérimentales jusqu'aux modèles physiques qui représentent le flux de la vapeur d'eau entre les grains de neige. Ces lois ont été dans un premier temps testées à l'aide d'un modèle simplifié de manteau neigeux et puis introduites directement dans le modèle SURFEX/ISBA-Crocus. Pour ce faire, la SSA dans Crocus a été transformée en variable prognostique, en remplaçant d'autres variables semi-empiriques préexistantes. Les différentes formulations de l'évolution temporelle de la SSA ont été comparées à des mesures de terrain, acquises lors de deux campagnes à Summit (Groenland) et au Col de Porte (France). Ces mesures ont été effectuées en utilisant de nouvelles techniques optiques et ont permis d'obtenir un riche jeu de données avec une grande résolution verticale. Les résultats montrent que les différentes formulations sont comparables et reproduisent bien les mesures, avec un écart quadratique moyen entre les valeurs de SSA simulées et observées inférieur à 10 m^2/kg. Enfin, nous avons contribué à faire le pont entre la microstructure de la neige et ses propriétés macroscopiques. En particulier, nous nous sommes intéressés au lien entre, d'une part, la SSA et, d'autre part, les propriétés mécaniques et optiques. Dans le premier cas, nous avons investigué la corrélation entre la SSA et la résistance à l'enfoncement mesurée avec un Snow Micro Pen (SMP). Les résultats encore préliminaires semblent indiquer que la SSA peut être dérivée de la masse volumique et de grandeurs micro-mécaniques estimées à partir du signal du SMP avec un modèle statistique. Dans le deuxième cas, nous avons simulé l'albédo de surface à Summit à partir des profils mesurés de masse volumique et de SSA et du contenu en impuretés. Les résultats de cette étude ont démontré que l'albédo spectral peut être correctement simulé à l'aide d'un modèle de transfert radiatif et l'énergie absorbée par le manteau neigeux peut être estimée avec une précision d'environ 1%.
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Les régions de hautes latitudes nord se réchauffent de façon plus intense que sur le reste du globe. Ce phénomène, appelé amplification arctique, est dû en partie à la diminution de l'étendue de glace de mer et de la couverture de neige. Par ses changements de pouvoirs réfléchissant et isolant, la neige, présente 9 mois de l'année, pourrait avoir un effet important sur l'augmentation des températures du sol. Le dégel du pergélisol à travers le carbone ainsi libéré serait susceptible d'avoir un impact important sur le climat futur de l'Arctique. Ce projet de recherche a pour objectif d'améliorer le suivi du couvert nival arctique et des températures du sol. À l'heure actuelle, les modèles détaillés d'évolution du manteau neigeux tels que le modèle Crocus ne parviennent pas à reproduire la physique particulière de la neige arctique ce qui conduit à des incertitudes importantes dans la modélisation des températures du sol. De nouvelles paramétrisations physiques ont été implémentées au sein du modèle Crocus pour améliorer la stratification verticale du manteau neigeux en introduisant les effets de la végétation (neige moins dense en profondeur) et les effets du vent (neige plus dense en surface), ainsi que pour modifier la conductivité thermique de la neige. Ces nouvelles paramétrisations permettent une meilleure représentation des températures du sol sous la neige, validée avec un large jeu de données en Alaska, dans l'Arctique canadien et en Sibérie. Les simulations ainsi réalisées à l'aide du modèle Crocus modifié, piloté par la réanalyse météorologique ERA-Interim sur les 39 dernières années (1979-2018), à l'échelle panarctique, montrent une augmentation significative de la densité de la neige au printemps ainsi que de l'humidité de la neige principalement au printemps et en automne, accompagnée d'une diminution significative de la durée d'enneigement. Ces effets cumulés à l'augmentation des températures de l'air entraînent une augmentation des températures du sol allant jusqu'à +0.89 K par décade pour le mois de juin. De façon à pouvoir améliorer le suivi de l'évolution spatiale et temporelle du couvert nival, l'utilisation de données d'observations satellitaires micro-onde est proposée. À partir de l'analyse d'un jeu de données unique de mesures radiométriques en surface associées à la caractérisation in-situ du manteau neigeux (119 snowpits avec des observations simultanées) en zone arctique et subarctique, une paramétrisation optimale du modèle de transfert radiatif SMRT a été définie. En utilisant une longueur de corrélation exponentielle ajustée comme paramètre de microstructure de la neige dans le modèle électromagnétique Improved Born Approximation (IBA), l'étude montre, par rapport aux autres configurations de modèles testées, de meilleurs résultats avec une erreur moyenne (RMSE) inférieure à 30% des observations pour la neige subarctique et 24% pour la neige arctique. Couplées à Crocus, les températures de brillance simulées sur l'ensemble de l'Arctique sont significativement meilleures avec Crocus modifié qu'avec Crocus standard (38 K d'amélioration de l'erreur en moyenne). Ces résultats ouvrent la voie à l'utilisation de l'assimilation des observations micro-onde satellitaires dans le modèle Crocus à grande échelle afin d'améliorer les simulations de densité de la neige arctique, paramètre clef du manteau neigeux influant sur l'évolution des températures du sol sous la neige.
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L'objectif des études en télédétection au laboratoire de glaciologie et de géophysique de l'environnement est de pouvoir mesurer de l'espace les paramètres géophysiques importants caractérisant la surface des calottes polaires, tels que les zones de fonte, la température et l'accumulation de neige. De plus, les mesures satellitaires dans le domaine des micro-ondes offrent l'avantage d'être peu sensibles aux effets atmosphériques et de fournir des informations sur une épaisseur du manteau neigeux de quelques centimètres a plusieurs mètres. Un modèle semi-empirique base sur le transfert radiatif et un modèle thermodynamique simple ont permis, moyennant l'hypothèse d'une émissivite constante et l'ajustement du coefficient d'extinction dans le milieu, de reconstruire les températures de brillance mesurées par le satellite (données ssm/i), a partir des seules températures de l'air dont nous disposions. cette méthode a été testée sur deux sites d'antarctique présentant des caractéristiques de neige différentes. ce modèle a ensuite été inverse de façon a déterminer la température de surface de la neige a partir des mesures satellitaires. Le problème est actuellement sous déterminé, cependant les résultats sont prometteurs. De manière a valider les modèles, nous avons acquis simultanément, en un site glaciaire du massif du Mont-Blanc, des mesures radiométriques a plusieurs fréquences et angles d'incidence, avec le radiomètre Portos du Cnes, fixé a une télécabine, et des mesures des caractéristiques du manteau neigeux. Ces mesures ont été étalonnées, corrigées de l'angle local d'incidence, l'effet du diagramme d'antenne sur la mesure angulaire a été évalué. Elles ont alors été comparées aux valeurs simulées par un modèle d'émissivite de la neige pour un milieu uniforme et stratifie et a un modèle de transfert radiatif. Les problèmes de caractérisation de la structure de la neige pour les micro-ondes et de modélisation de la diffusion par les cristaux ont été soulevés.
Author: Quentin Libois
Author: Quentin Libois
Author: Nicolas Champollion
Author: Jean-Charles Gallet
Author: Jean-Charles Gallet
Author: Hélène Fréville
Author: Anne-Sophie Taillandier
Author: Anne-Sophie Taillandier
Author: Carlo Maria Carmagnola
Author: Céline Vargel
Author: Isabelle Sherjal