Exploitation des nouvelles capacités d'observation de la terre pour évaluer le rayonnement solaire incident au sol

Assessment of solar surface radiation using new earth observation capabilities

• Auteur / Autrice : Armel Bertrand Oumbe Ndeffotsing
• Direction : Lucien Wald
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris, ENMP

Mots clés

Mots clés contrôlés

Télédétection

Mots clés libres

Rayonnement solaire

Transfert radiatif

Télédétection

Réflectance bidirectionnelle

Nuage

Optique atmosphérique

Méthode Héliosat

Résumé

Peu de stations au sol mesurent l’éclairement et des méthodes ont été développées pour l’´evaluer `a partir d’images prises par des satellites g´eostationnaires ou en orbite polaire. Dans les m´ethodes actuelles, dites inverses, le signal per¸cu par le satellite est invers´e pour d´eriver le rayonnement au sol. Il est estim´e de mani`ere g´en´erale que les limites des m´ethodes inverses sont certainement atteintes en terme de pr��ecision. En cons´equence, une nouvelle voie, bas´ee sur la modelisation directe de la propagation du rayonnement solaire dans l’atmosph`ere, est explor´ee. Dans cette th`ese, nous concevons une nouvelle m´ethode -dite Heliosat-4- bas´ee sur le code de transfert radiatif libRadtran et tirant profit des produits de meilleure qualit´e, extraits des nouvelles capacit´es d’observation de la terre. Dans cet objectif, nous avons • par une analyse de sensibilit´e, ´etabli les entr´ees n´ecessaires pour toute m´ethode bas´ee sur un code de transfert radiatif, • ´etabli que l’´eclairement au sol pour une atmosph`ere nuageuse peut ˆetre consid´er´e comme ´egal au produit de l’´eclairement obtenu par ciel-clair et d’une fonction de l’extinction due aux nuages et de la contribution de la réflectance du sol, • mis en oeuvre des approximations de l'équation de transfert radiatif pour des atmosphères claire ou nuageuse, permettant des calculs rapides. Heliosat-4 est affranchi des paramètres empiriques, facile à implémenter et fournit simultanément les composantes directe, diffuse et la distribution spectrale de l’éclairement. Ces caractéristiques, bien que n´ecessaires pour diff´erentes applications, sont rarement fournies. Les premiers r´esultats de la validation de cette nouvelle m´ethode avec les mesures sol sont prometteurs : les performances observées sont proches de celles des méthodes actuelles.

The surface solar irradiance (SSI) is seldom measured and several methods have been developed for its assessment from images taken by geostationary or polar-orbiting satellites. In current methods, so-called inverse, the signal received by the satellite is inverted to derive the radiation on the ground. It is felt that as a whole, limits of such methods are presently reached in terms of accuracy. Consequently, a new paradigm is studied based on a direct modeling of propagation of solar radiation through the atmosphere. In this thesis, we design a new method -called Heliosat-4- based on the radiative transfer model libRadtran; it benefits from advanced products derived from recent earth observation missions. For this purpose, we • establish by the means of a sensivity analysis, the necessary inputs of any method based on radiative transfer model, • establish that SSI for a cloudy atmosphere can be considered as equal to the product of the SSI obtained under clear-sky and a function of the cloud extinction and ground albedo contribution, • implement approximations of radiative transfer equation, for clear and cloudy atmosphere, allowing rapid calculations. Heliosat-4 is free from empirical parameters, easy to implement and deliver simultaneously direct, diffuse components and spectral distribution of irradiance. These characteristics, while necessary for various applications, are rarely provided. The first results of the validation of the new method with ground measurements are encouraging: observed performances are similar to those of current methods. .