Analyses et simulations multifractales de l'interaction nuages-rayonnement

Multifractal analysis and simulations of the interaction between clouds and radiation

• Auteur / Autrice : CATHERINE NAUD
• Direction : Daniel Schertzer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terre, océan, espace
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Paris 6

Résumé

Un des problemes cruciaux en climatologie et en teledetection est la modelisation des nuages. Nous etudions, dans un cadre multifractal, la relation entre la variabilite en temps et espace de leur contenu en eau liquide et celle du rayonnement solaire, sur une large gamme d'echelles et sur une large gamme d'intensites. La modelisation multifractale du contenu en eau liquide des nuages est effectuee a l'aide de cascades multiplicatives. Nous etudions l'equation du transfert radiatif dans ce milieu tres heterogene et intermittent, caracterise par une hierarchie infinie de singularites. Nous developpons differentes techniques de simulations. Nous montrons qu'il existe une grande similitude entre transfert radiatif et integration (exacte pour des milieux exhibant de nombreuses symetries) : a chaque echelle, les petites valeurs d'un champ integre, tout comme celles des radiances, sont lissees jusqu'a un ordre de singularite critique que nous caracterisons. D'autre part, le nombre limite d'echantillons introduit une singularite observable maximale. Ces deux singularites critiques forment une fenetre d'inversion directe. Nous etudions ensuite le probleme de l'absorption anormale : l'atmosphere absorbe plus de rayonnement solaire (dans les ondes courtes) sur les observations que dans les modeles usuels. Ces modeles ne tenant pas compte de l'heterogeneite spatiale et temporelle, a toutes echelles, du contenu en eau liquide des nuages, nous montrons que celle-ci a un role fondamental pour l'absorption : les inhomogeneites d'un milieu multifractal piegent les photons, augmentant ainsi la longueur de leur chemin optique et par consequent leur probabilite d'absorption.