Satellites for Atmospheric Sciences 2 PDF Download

Author: Thierry Phulpin
Publisher: John Wiley & Sons
ISBN: 1789451418
Category : Science
Languages : en
Pages : 420

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Book Description
How can atmospheric variables such as temperature, wind, rain and ozone be measured by satellites? How are these measurements taken and what has been learned since the first measurements in the 1970s? What data are currently available and what data are expected in the future? The second volume of this encyclopedic book presents each field of application – meteorology, atmospheric composition and climate – with its main aims as well as the specific areas which can be addressed through the use of satellite remote sensing. This book presents the satellite products used for operational purposes as well as those that allow for the advancement of scientific knowledge. The instruments that are at their origin are described, as well as the processing, delivery times and the knowledge they provide. This book is completed by a glossary and appendices with a list of supporting instruments already in use.

Author: Lucie Leonarski
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Category :
Languages : fr
Pages : 0

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Book Description
Il est maintenant bien établi qu'une des plus grandes incertitudes concernant le bilan radiatif de la Terre provient de la méconnaissance à la fois de la microphysique et de la distribution horizontale et verticale de l'eau condensée des nuages de glace. Si les mesures actives des instruments de l'A-train ont permis une avancée significative en apportant une information sur la dimension verticale de l'eau condensée, leur couverture spatiale s'avère encore trop faible, comparée aux mesures passives, pour être utilisée de manière systématique pour contraindre les modèles climatiques. Outre leur forte contribution à l'amélioration des prévisions météorologiques grâce à l'assimilation des profils atmosphériquestels que la température ou la vapeur d'eau, les sondeurs infrarouges embarqués sur des plateformes en orbite polaire jouent désormais un rôle important dans le suivi de l'évolution de la composition atmosphérique. Cependant, les observations par ciel clair ne représentent qu'une faible proportion des mesures assimilées, la partie restante n'étant que peu utilisée car contaminée par des aérosols et/ou des nuages et donc plus difficile à traiter. L'objectif de ce travail est d'étudier la capacité des mesures à haute résolution spectrale dans l'infrarouge (effectuées par des instruments tels que IASI ou IASI-NG) pour (1) améliorer notre connaissance de la répartition verticale et horizontale de l'eau condensée dans les nuages de glace et (2) ouvrir une porte vers l'assimilation de ces mesures afin demieux contraindre la représentation des nuages de glace dans les modèles de prévision du temps. Une analyse du contenu en information, basée sur le formalisme de Shannon, a permis de déterminer le niveau et la répartition spectrale de l'information sur les propriétés des nuages de glace contenue dans les spectres IASI et IASI-NG. Sur la base de cette analyse, nous avons développé et testé un algorithme qui permet de restituer, à partir d'une approche d'estimation optimale, le contenu en eau glacée intégré ainsi que l'altitude de la couche nuageuse. Nous avons pris en compte le rapport Signal/Bruit de chaque instrument et les incertitudes liées aux paramètres atmosphériques et de surface noninversés. Le modèle direct employé est le modèle de transfert radiatif rapide RTTOV qui a été développé à l'origine pour l'assimilation de données satellitaires dans les modèles de prévision numérique du temps. Nous avons choisi un modèle microphysique pour lescristaux de glace basé sur le modèle d'ensemble de Baran et Labonnote (2007) dans lequel les propriétés optiques de la glace sont paramétrisées en fonction du contenu en glace (exprimé en g=m3) et de la température des nuages. Les résultats de ce travail montrent que les mesures à haute résolution spectrale dans l'infrarouge permettent de restituer avec une bonne précision l'altitude du sommet et le contenu en eau condensée des nuages de glace aussi bien dans le cas mono-couches que multi-couches. Ces mesures apportent également une information partielle sur l'épaisseur géométrique des nuages.

Author: Christian Matar
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Languages : fr
Pages : 0

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La rétroaction des nuages demeure l'une des incertitudes majeures des modèles de prévision climatique, en particulier les interactions entre aérosols, nuages et rayonnement (IPCC - Boucher et al., 2013). Les nuages sont en effet difficiles à prendre en compte car ils présentent des variabilités spatiales et temporelles importantes. Les mesures de télédétection aéroportées avec une résolution de quelques dizaines de mètres sont très appropriées pour améliorer et affiner nos connaissances sur les propriétés des nuages et leurs variabilités à haute résolution spatiale. Dans ce contexte, nous exploitons les mesures multi-angulaires du nouveau radiomètre aéroporté OSIRIS (Observing System Including PolaRization in the Solar Infrared Spectrum), développé par le Laboratoire d'Optique Atmosphérique. Il est basé sur le concept POLDER et est un prototype du futur instrument spatial 3MI sur les plates-formes MetOp-SG de l'EUMETSAT-ESA à partir de 2022. En télédétection, les nuages sont généralement caractérisés par deux propriétés optiques: l'épaisseur optique des nuages (COT) et le rayon effectif des particules d'eau / de glace formant le nuage (Reff). Actuellement, la plupart des algorithmes de télédétection opérationnels utilisés pour extraire ces propriétés de nuage à partir de mesures passives sont basés sur la construction de tables pré-calculées (LUT) sous l'hypothèse d'une couche de nuage plan-parallèle. Cette méthode est très dépendante des conditions de simulations choisies pour la construction des LUT et rend difficile l'estimation des incertitudes qui en découlent. Au cours de cette thèse, nous utilisons le formalisme de la méthode d'estimation optimale (Rodgers, 2000) pour mettre au point une méthode d'inversion flexible permettant de restituer COT et Reff en utilisant les mesures multi-angulaires visibles et proche-infrarouges d'OSIRIS. Nous montrons que cela permet l'exploitation de l'ensemble des informations disponibles pour chaque pixel afin de s'affranchir des effets angulaires des radiances et d'inverser des propriétés plus cohérente avec l'ensemble des mesures. Nous avons, d'autre part, appliqué le cadre mathématique fourni par la méthode d'estimation optimale pour quantifier les incertitudes sur les paramètres restitués. Trois types d'erreurs ont été évaluées: (1) Les erreurs liées aux incertitudes de mesure, qui atteignent 10% pour les valeurs élevées de COT et de Reff. (2) Les erreurs de modèle liées à une estimation incorrecte des paramètres fixes du modèle (vent de surface de l'océan, altitude des nuages et variance effective de la distribution en taille des gouttelettes d'eau) qui restent inférieures à 0,5% quelles que soient les valeurs de COT et Reff restituées. (3) Les erreurs liées au modèle physique simplifié qui ne prend pas en compte les profils verticaux hétérogènes et utilise l'hypothèse du nuage plan-parallèle homogène et l'approximation du pixel indépendant. Ces deux dernières incertitudes s'avèrent être les plus importantes.

Author: Sophie Peyridieu
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Category :
Languages : fr
Pages : 205

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Les aérosols, d'origine naturelle ou anthropique, jouent un rôle important dans le système climatique. Ces particules en suspension dans l'atmosphère interagissent directement avec le rayonnement et de façon indirecte avec les autres composants de l'atmosphère. Leur impact sur le bilan radiatif reste difficile à quantifier, notamment à cause de la difficulté de mesurer précisément leurs propriétés microphysiques et optiques. De plus, leur grande variabilité spatio-temporelle en fait un objet d'étude complexe. La diversité des observations spatiales rend possible une meilleure compréhension du rôle des aérosols. En télédétection passive, le sondage infrarouge reste peu utilisé par rapport aux techniques opérant dans le visible. Or, en plus de permettre la clôture du bilan radiatif, l’infrarouge permet d’obtenir des observations de jour comme de nuit, sur mer comme sur terre. L'accès à l'altitude moyenne représente un atout majeur de l'infrarouge. Cette thèse présente une méthode d'inversion des observations des sondeurs infrarouges à très haute résolution spectrale AIRS et IASI. Une climatologie de 8 ans des propriétés des poussières désertiques (épaisseur optique à 10 μm et altitude moyenne) a été établie à partir d’AIRS et validée grâce à la synergie instrumentale de l’A-Train (MODIS, CALIOP, PARASOL). La distribution spatiale et le cycle naturel des poussières désertiques dans les tropiques sont décrits de façon complète. La très haute résolution apportée par IASI a permis d'étendre la méthode à l'inversion du rayon effectif du mode grossier des poussières et d’amorcer l’étude de leur évolution au cours de leur transport dans l’atmosphère