Étude des propriétés macrophysiques et optiques des cirrus à l’aide d’un micro-lidar sur le site de Lille

Study of macrophysical and optical properties of cirrus clouds using a micro-lidar on the Lille site

• Auteur / Autrice : Rita Nohra
• Direction : Frédéric Parol, Philippe Dubuisson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique et Lasers, Physico-chimie, Atmosphère
• Date : Soutenance le 21/03/2016
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Optique Atmosphérique (LOA)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Changements climatiques

Lidar

Propriétés optiques

Cirrus

Mots clés libres

Propriétés microphysiques

Propriétés macrophysiques

Résumé

Les nuages représentent l'une des principales sources d'incertitudes pour l'étude de l'évolution du climat (IPCC, 2013). Les cirrus constituent un groupe particulier de nuages, majoritairement composés de cristaux de glace, et ils recouvrent environ 30 % du globe terrestre. Leur haute altitude et la complexité de leurs compositions microphysiques rendent difficile la caractérisation de leurs propriétés. De manière générale, ils contribuent au bilan radiatif terrestre avec un effet d'albédo relativement faible et un effet de serre plus important, mais leur impact climatique reste difficile à quantifier. Il est donc indispensable d'étudier les cirrus et de connaître leurs propriétés afin de mieux quantifier leur forçage radiatif. Depuis 2006 le LOA possède une station d'observation atmosphérique équipée d’un micro-lidar à 532 nm. L'objectif de ce travail de thèse est d'étudier les nuages de glace en exploitant les mesures issues du micro-lidar sur le site d'observation de Lille. Nous avons développé un algorithme de détection et de caractérisation des cirrus à partir des mesures lidar sol. Sept années d’observations ont ensuite été traitées avec cet algorithme, ce qui a permis d'établir une climatologie des cirrus observés au-dessus de Lille. Ensuite nous avons appliqué cet algorithme aux données issues d'un micro-lidar sur le site de M'bour (Sénégal), afin de différencier les caractéristiques des cirrus observés sur les deux sites. Finalement, les résultats obtenus pour les sept ans de données sur le site de Lille ont été comparés aux données établies par le lidar CALIOP embarqué sur la plate-forme satellitaire CALIPSO, montrant un accord entre les deux résultats.

Clouds are the main source of the uncertainty of climate studies (IPCC, 2013). Cirrus clouds are a special group of clouds, mainly composed of ice crystals, they cover about 30 % of the globe. Their high altitudes and the complexity of their microphysical properties make their characteristics poorly known. The impact of cirrus clouds is difficult to quantify, contributing to Earth's radiation budget with a relatively low albedo effect and a stronger greenhouse effect. Since 2006, LOA has an atmospheric monitoring station equipped with a ground-based micro-lidar and several passive instruments. The objective of this study is to retrieve cirrus clouds properties over Lille, using the micro-lidar database on the observation site in Lille. The first part of this thesis was to develop an algorithm for the detection and the characterization of cirrus clouds using the backscatter profiles measured by the micro-lidar. Seven years of observations have been treated with this algorithm, which allow us to establish a climatology of cirrus clouds over Lille site and to retrieve their macrophysical properties and microphysical properties. In addition, an application of this algorithm to the data obtained from a micro-lidar on M'bour (Senegal) site was performed in order to differentiate the characteristics of cirrus clouds observed at both sites. Finally, the results of the seven years of data on the Lille site were compared to those obtained by the lidar CALIOP on board CALIPSO platform showing an agreement between the two results.