Propriétés microphysiques des cirrhus : restitution à partir du sondage IR depuis l'espace et études en lien avec la structure verticale (exploitation de la synergie du A-Train : AIRS, CALIPSO et CloudSat)

Microphysical properties of cirrus : retrieval from the IR sounders related to the vertical structure (exploitation of the synergy of A-Train : AIRS, CALIPSO and CloudSat)

• Auteur / Autrice : Anthony Guignard
• Direction : Claudia Stubenrauch
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Méthodes physiques en télédétection
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Climatologie

Cirrus -- propriétés physiques

Mots clés libres

Cristaux de glace

Sondeur infrarouge

Résumé

Les nuages de glace couvrent en moyenne 30 % de la surface du globe et occupent une place privilégiée dans l'étude du climat. Composés de cristaux de taille et de forme variables, ces nuages présentent des propriétés optiques complexes qu'il s'avère nécessaire de déterminer afin d'évaluer leur impact sur le bilan radiatif global. L'objectif de cette thèse est la restitution et l'analyse des propriétés microphysiques des nuages de glace et nous utilisons pour cela la synergie des observations spatiales de la constellation A-Train : les mesures du sondeur infrarouge AIRS et la caractérisation des différentes couches nuageuses fournit par le lidar CALIOP et le radar CloudSat. Nous développons une méthode de restitution des propriétés microphysiques basée sur la différence des émissivités nuageuses entre 8 et 12,5 μm qui nous permet de déterminer l'épaisseur en glace ainsi que le diamètre effectif et la forme des cristaux de glace des cirrus. L'analyse de six ans d'observations nous permet d'établir une climatologie des propriétés des cirrus que nous comparons à d'autres climatologies nuageuses dans le cadre du GEWEX cloud assessment. Nous analysons ensuite les relations entre les différentes propriétés physiques et microphysiques des cirrus afin d'établir des paramétrisations du diamètre effectif qui soient valides à l'échelle globale et utilisables dans les modèles de climat. Nous estimons également le contenu en glace des cirrus qui nous permet en plus d'évaluer une méthode alternative de caractérisation de leur comportement radiatif basée sur un ensemble de propriétés optiques obtenues à partir de campagnes de mesures aéroportées.

Ice clouds cover on average 30% of the earth's surface and play a special role in climate studies. Composed of crystals of varying size and shape, these clouds have complex optical properties. So that it is necessary to determine them for assessing the impact of cirrus on the global radiation budget. The objective of this thesis is the retrieval and analysis of physical and microphysical properties. Therefore we use the synergy of space observations of the A-Train constellation: the infrared sounder AIRS measurements and characterization of different cloud layers provided by the lidar and radar of the CALIPSO and CloudSat missions. We develop a method to retrieve microphysical properties of cirrus, based on their spectral emissivity differences between 8 and 12. 5 microns. This allows us to determine ice water path and effective diameter and shape of ice crystals in cirrus. The analysis of six years of observations made it possible to establish a climatology of cirrus properties which is compared to other cloud climatologies within the frame work of the GEWEX cloud assessment. We then analyze the relationships between various physical and microphysical properties of cirrus to develop parameterizations of the effective diameter for application in climate models. We also estimate the ice water content of cirrus that allows us to evaluate an alternative approach to characterize their radiative impact based on an ensemble model of their optical properties obtained from airborne measurements.