Télédétection satellite micro-onde de variables atmosphériques et de surface

• Auteur / Autrice : Frédéric Bernardo
• Direction : Filipe Aires, Catherine Prigent
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Télédétection et méthodes statistiques
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vapeur d'eau

Télédétection

Mots clés libres

MeghaTropiques

Résumé

L'objectif de ce travail de thèse est la restitution conjointe de profils atmosphériques et de propriétés de surface, sur l'océan comme sur les continents, à partir des observations satellite micro-ondes. La méthode proposée, à base de réseaux de neurones, est très générale et s'étend donc facilement a�� diverses configurations instrumentales. Ainsi, le développement de l'algorithme pour la préparation de la mission Megha-Tropiques s'est appuyé sur les instruments AMSR-E et HSB sur AQUA, et AMSU/A et MHS sur METOP. L'inversion est paramétrée à partir d'analyses de l'ECMWF et de simulations issues d'un modèle de transfert radiatif. Au-dessus des terres, la forte contribution de la surface rend nécessaire l'utilisation d'un estimateur d'émissivité micro-onde, TELSEM. Celui-ci fut développé à partir des observations SSM/I et intégré en tant que module officiel du modèle de transfert radiatif communautaire RTTOV. Une approche innovante de calibration des observations satellites, nécessaire avant toute inversion, à été élaborée et améliore considérablement les restitutions. Une chaine opérationnelle complète a ainsi pu être proposée pour les plate-formes AQUA, METOP et Megha-Tropiques. La restitution des profils de vapeur d'eau à partir des observations microondes est de bonne qualité, sur terre comme au dessus des océans, pour des situations claires et nuageuses. Une validation approfondie des résultats a été effectuée en utilisant une base globale de radiosondages. Dans un second temps, nous avons exploité notre approche pour l'étude d'un concept instrumental dans les microondes, Microwat. Cet instrument de nouvelle génération a pour objectif de restituer, à haute résolution spatiale, la température et les vents de surface au-dessus des océans. Ce nouvel instrument est en cours d'étude à l'ESA.

The objective of this thesis is the joint retrieval of atmospheric profiles and surface properties over land and ocean from satellite microwave observations. Our retrieval method is based on neural networks. This technique is very general and can be easily extended to various instrumental configurations. The development of the algorithm for the preparation of the Megha-Tropiques mission relied on AMSR-E and HSB instrument on Aqua and AMSU/A and MHS on MetOp. The method is parameterized with ECMWF analysis and simulations with a radiative transfer model. Over land, the strong contribution of the surface requires the use of a microwave emissivity estimator, TELSEM. It is developed from SSM/I observations and integrated as an official module in the radiative transfer model RTTOV. An innovative calibration approach for satellite observations, necessary before any inversion, is developed and greatly improves the retrievals. A full operational chain is proposed for AQUA, METOP and Megha-Tropiques platforms. The retrieval of water vapor profiles from microwave observations performs as well over land and ocean, for clear and cloudy conditions. A thorough validation of the results is performed using a global base of radiosondes. In a second phase, a similar approach is used for the study of an instrument concept, Microwat, for the retrieval of ocean surface temperature from microwave observations, under clear and cloudy conditions, with a high spatial resolution. This new instrument is studied by ESA.