Etude du couplage radar-lidar sur plates-formes spatiales et aéroportées : application à l'étude des nuages, des aérosols et de leurs interactions

Study of the airborne and spaceborne radar and lidar coupled platforms and applications to aerosols, clouds and aerosol-cloud interactions characterisation

• Auteur / Autrice : Damien Josset
• Direction : Jacques Pelon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'environnement d'Ile de France
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés libres

Télédétection

Lidar

Radar

Surface océanique

Nuages

Aérosols

Forçage radiatif

Résumé

L'effet des aérosols et des nuages sur le climat, qu'il s'agisse de leur forçage radiatif propre ou de leur interactions constitue actuellement la plus grande incertitude du système climatique. L'utilisation couplée d'un lidar et d'un radar fait partie des pistes de recherches retenues par la communauté scientifique pour résoudre ces incertitudes, et c'est un des buts justifiant le développement des nouveaux instruments embarqués sur les plates-formes de l'A-Train et le développement des algorithmes opérationnels associés. Ces algorithmes possèdent certaines limitations intrinsèques, ce qui nous a amené à la révision des méthodes d'analyse standard des plates-formes spatiales de l'A-Train (CALIPSO, CLOUDSAT) et au développement de nos propres algorithmes à travers l'étude de l'écho de surface océanique, et à l'identification un modèle théorique de répartition des ondes de gravité et de capillarité compatible avec les observations multispectrales de ces instruments actifs. L'utilisation de ce modèle avec les observations actives et celles du radiomètre micro-onde AMSR-E a permis d'améliorer les procédures d'étalonnage absolu du lidar et du radar en offrant une référence systématique possédant un important rapport signal sur bruit. L'amélioration de l'étalonnage de ces instruments permet ensuite d'améliorer la précision de la restitution des paramètres microphysiques dans les produits opérationnels de recherche, et doit donner accès à un plus grand nombre de produits dérivés. La référence de surface issue des mesures des instruments micro-ondes actifs (radar) et passifs (radiomètre) permet ainsi de déterminer l'épaisseur optique des aérosols aux longueurs d'onde du lidar. Cette méthode de restitution ne fait aucune hypothèse sur la microphysique des particules diffusantes, est utilisable de jour et de nuit, possède un rapport signal sur bruit important à grande résolution spatiale et offre la possibilité de discriminer les aérosols et les nuages grâce aux mesures multispectrales sur la verticale. Les comparaisons avec les mesures du radiomètre MODIS montrent un bon accord statistique. Ces mesures d'épaisseur optique au-dessus de l'océan et des nuages d'eau liquide ouvrent une nouvelle voie pour quantifier le forçage radiatif direct des aérosols en présence de nuage, hors de portée des mesures radiométriques actuelles. Les premières études que nous avons menées ont confirmé que lors des épisodes de feux observés pendant la campagne AMMA, le forçage est fortement positif sur le Golfe de Guinée. Le forçage négatif en air non-nuageux au-dessus de l'océan est inférieur d'un ordre de grandeur à celui positif au-dessus des nuages. Le forçage radiatif positif observé sur le Golfe de Guinée est fortement dépendant de la couverture nuageuse que les mesures à petite échelle de l'A-Train permettent de mieux caractériser, et le réchauffement induit par l'effet direct des aérosols doit être mieux pris en compte dans les modèles climatiques. L'émission d'aérosols absorbants (feux, pollution. . . ) et leur transport à grande échelle représente une contrainte croissante du système climatique et des interactions environnement-climat. L'hypothèse usuellement admise d'un forçage direct négatif de-0,5 W. M-2 pour caractériser l'effet radiatif des aérosols demande à être examinée avec attention.