Interprétation des séries temporelles altimétriques sur la calotte polaire Antartique PDF Download
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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.
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.
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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.
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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: A. P. Crary Publisher: American Geophysical Union ISBN: 9780875901169 Category : Science Languages : en Pages : 412
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Published by the American Geophysical Union as part of the Antarctic Research Series, Volume 16. This volume of the Antarctic Research Series represents an attempt to compile in one publication the remaining results of the extensive U.S. oversnow traverses in Antarctica between 1957 and 1967. Although this attempt was not completely successful, in that some traverse results still remain to be published, I think that this volume will give the reader a fair sample of the methodology and the great effort that was required to wrest from the huge continent a few fundamental data. From the beginning of 1957, the traverses, though including an assortment of observations, had two principal objectives: measurement of the thickness of the ice and measurement of the annual accumulation of snow. Here the reader will find the old and new methods of approaching both objectives.
Author: Soazig Parouty
Author: Soazig Parouty
Author: BENOIT.. LEGRESY
Author: Pascal Lacroix
Author: A. P. Crary