La Radiométrie Micro-onde Et Millimétrique Pour la Caractérisation Et Quantification Des Nuages de Glace Et de la Neige PDF Download
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Author: Victoria Sol Galligani Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 204
Book Description
Quantification of the cloud frozen phase on a global basis is essential to fully capture and quantify the Earth energy budget and hydrological cycle. The estimation of frozen quantities from satellite remote sensing, however, is at a very early stage. The main reason is the complex variability of the cloud frozen phase and the lack of parameterizations of their microphysical properties, and thus radiative properties. This thesis contributes to the development of the ice cloud remote sensing, by providing a better understanding of the sensitivity of microwave and millimeter satellite observations to the microphysical properties of the frozen phase, specifically snow. Current microwave and millimeter observations are interpreted via radiative transfer simulations, mainly for passive observations, but active measurements are also considered. Two main studies are pursued: (1) the analysis and interpretation of specific polarized scattering signatures over ice and snow clouds, and (2) the simulation of realistic passive and active microwave responses over ice and snow clouds, and their evaluation with satellite observations. Polarized observations are carefully analyzed with ancillary data and are interpreted with radiative transfer simulations, including the first polarized passive observations above 100GHz with Megha-Tropiques. Finally, the radiative transfer model is coupled to a meso- scale cloud model to simulate consistently coincident active and passive observations of real scenes, and assess the sensitivity of active and passive simulations to the different microphysical parameters.
Author: Victoria Sol Galligani Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 204
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Quantification of the cloud frozen phase on a global basis is essential to fully capture and quantify the Earth energy budget and hydrological cycle. The estimation of frozen quantities from satellite remote sensing, however, is at a very early stage. The main reason is the complex variability of the cloud frozen phase and the lack of parameterizations of their microphysical properties, and thus radiative properties. This thesis contributes to the development of the ice cloud remote sensing, by providing a better understanding of the sensitivity of microwave and millimeter satellite observations to the microphysical properties of the frozen phase, specifically snow. Current microwave and millimeter observations are interpreted via radiative transfer simulations, mainly for passive observations, but active measurements are also considered. Two main studies are pursued: (1) the analysis and interpretation of specific polarized scattering signatures over ice and snow clouds, and (2) the simulation of realistic passive and active microwave responses over ice and snow clouds, and their evaluation with satellite observations. Polarized observations are carefully analyzed with ancillary data and are interpreted with radiative transfer simulations, including the first polarized passive observations above 100GHz with Megha-Tropiques. Finally, the radiative transfer model is coupled to a meso- scale cloud model to simulate consistently coincident active and passive observations of real scenes, and assess the sensitivity of active and passive simulations to the different microphysical parameters.
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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.
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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: Jean-Christophe Calvet Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 207
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L'EMISSION DES SURFACES CONTINENTALES DANS LE SPECTRE MICRO-ONDE (0.4 A 250 GHZ) DEPEND DE LA TEMPERATURE ET DE L'ETAT HYDRIQUE DE LA SURFACE. EST MISE EN UVRE UNE METHODE D'INTERPRETATION DES LUMINANCES MICRO-ONDE EN TERMES DE PARAMETRES GEOPHYSIQUES DE LA SURFACE CONTINENTALE OBSERVEE IN SITU, PAR AVION, OU PAR SATELLITE. LES EFFETS ATMOSPHERIQUES SONT PRIS EN COMPTE A PARTIR D'OBSERVATIONS ET/OU DE SORTIES DE MODELES METEOROLOGIQUES. LES MODELES DES PROPRIETES DIELECTRIQUES DU SOL QUI EXISTENT NE SONT VALABLES QU'AUX BASSES FREQUENCES. UN NOUVEAU MODELE VALABLE AUX HAUTES FREQUENCES (>20 GHZ) EST PROPOSE. L'EMISSION DE LA VEGETATION EST DECRITE A L'AIDE DE MODELES PHYSIQUES DE TRANSFERT RADIATIF AU SEIN DU COUVERT VEGETAL. DIVERS TYPES DE SURFACES ONT ETE EXAMINES (FORET AMAZONIENNE, ZONES SEMI-ARIDES), DANS LE CADRE DE CAMPAGNES DE MESURE OFFRANT LES JEUX DE DONNEES NECESSAIRES A L'ETALONNAGE DES MODELES ET A LA VALIDATION DES PARAMETRES OBTENUS PAR INVERSION. EN UTILISANT DIVERSES GAMMES DE FREQUENCES IL EST POSSIBLE D'ESTIMER LES PROFILS VERTICAUX DE TEMPERATURE ET DE CONTENU EN EAU DU COUVERT AMAZONIEN. UN MODELE LAGRANGIEN DES ECHANGES D'EAU ET DE CHALEUR ENTRE LA VEGETATION ET L'ATMOSPHERE PERMET D'ANALYSER LA COHERENCE DES OBSERVATIONS. DANS LE CAS DES ZONES SEMI-ARIDES ON PEUT ACCEDER AU CONTENU EN EAU DE LA COUCHE SUPERFICIELLE DU SOL (QUELQUES MILLIMETRES) AUX HAUTES FREQUENCES DANS LE CAS D'UNE VEGETATION EPARSE. L'ANALYSE D'OBSERVATIONS AEROPORTEES REALISEES AU SAHEL DURANT UNE SAISON DES PLUIES MONTRE QU'EN UTILISANT EN MEME TEMPS BASSES ET HAUTES FREQUENCES IL EST POSSIBLE D'ESTIMER TEMPERATURE DU COUVERT ET CONTENU EN EAU SUPERFICIEL DU SOL. DES DONNEES SATELLITALES HAUTES FREQUENCES ET INFRAROUGE SUR L'ESPAGNE SONT ETUDIEES EN CONDITIONS SECHES. LA TEMPERATURE DE SURFACE EST ESTIMEE A PARTIR DES DONNEES MICRO-ONDES. UN BON ACCORD EST OBSERVE AVEC LA TEMPERATURE DE SURFACE OBTENUE A PARTIR DE L'INFRAROUGE
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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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Récemment, le chauffage par micro-ondes de composites métallo-céramiques a montré de réels avantages par rapport aux techniques de chauffage traditionnelles en particulier l'obtention de pièces fortement agglomérées présentant de meilleures propriétés mécaniques. Cependant, la faiblesse de ce procédé réside dans le contrôle de la température interne qui s'avère primordial afin d'éviter les fissures voire l'éclatement des pièces au cours du frittage. Les systèmes de mesure de température actuellement disponibles sur le marché ne répondent pas à ce besoin, la mesure de température en volume telle que le permet la radiométrie micro-onde trouve ici tout son intérêt. Une étude de faisabilité tout d'abord menée à l'IEMN a permis de valider la possibilité d'un suivi non-intrusif de la trajectoire thermique de matériaux pulvérulents (SiC, Al, Al/SiC) soumis à un gradient inverse de température (jusqu'à 300°C). Afin de mieux appréhender l'interaction des micro-ondes avec la nature pulvérulente de ces matériaux, une étude sur le comportement de leur permittivité diélectrique a été abordée à partir de trois méthodes de caractérisation avec cellule coaxiale, en espace libre, avec résonateur et ligne micro-ruban. Le développement d'une antenne compacte originale basée sur une structure à Bandes Interdites Photoniques a permis de réaliser les mesures en espace libre. Un dispositif radiométrique a ensuite été implanté sur un four micro-onde instrumenté de type industriel développé à l'EMPA. Les essais réalisés sur de nombreux rnatériaux pulvérulents ont confirmé les études de faisabilité (jusqu'à 1000°C) y compris lorsque les matériaux sont compactés sous une pression de 3000 bars
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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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Le rayonnement d'origine thermique émis par les matériaux étant proportionnel aux caractéristiques diélectriques, le développement d'une méthode de mesure des caractéristiques diélectriques des polymères a des températures comprises entre 20c et 200c, sur une bande de fréquences comprises de 1ghz et a 8ghz et basée sur le principe d'une cellule coaxiale au standard apc7, a donc été réalisé. Une antenne micro-ruban micro-fente adaptée aux matériaux a faibles pertes tels que les polymères et pouvant être mise en place sur une filière plate d'extrudeuse a été conçue. Une étude de la culpabilité de la radiométrie a été entreprise pour évaluer le fonctionnement de l'antenne, l'effet de la pression hydrostatique dans le canal, le niveau de reproductibilité et la sensibilité de la méthode de mesure. Le développement d'un logiciel base sur la résolution de l'équation de Helmholtz tenant compte de la thermo dépendance des caractéristiques diélectriques des polymères permet de déterminer pour un profil thermique, d'une part une température équivalente mesurée à partir du signal radiométrique et d'autre part une température équivalente calculée. La reconstruction de profils thermiques à partir des conditions aux limites que sont le signal radiométrique recueilli et les informations de température des points situés de part et d'autre de l'épaisseur de l'écoulement de polymère a nécessité la constitution d'une base de données de référence. Un moteur de recherche consulte cette base avec pour entrées les conditions aux limites connues en températures aux lieux précités associées au signal radiométrique mesure. L'algorithme du code de calcul déterminé après consultation et par itérations successives deux profils qui encadrent assez finement le profil inconnu. Le logiciel de reconstruction a pu être valide en étudiant la dynamique de refroidissement d'un canal contenant un polyuréthanne thermoplastique.
Author: Victoria Sol Galligani
Author: Victoria Sol Galligani
Author: Isabelle Sherjal
Author: Isabelle Sherjal
Author: Jean-Christophe Calvet![Analyse de la méthode de mesure de température par radiométrie micro-ondes [microforme] PDF](https://books.google.com/books/content/images/frontcover/zH9FzQEACAAJ?fife=w80-h100)
Author: Jean Montreuil
Author: Céline Vargel
Author: Clarisse Ricard
Author: Sylviane Surdyk
Author: Sylviane Surdyk
Author: Lionel Prevors