Thèse soutenue

Études des variations décennales de la température de la moyenne atmosphère

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Auteur / Autrice : Robin Wing
Direction : Alain HauchecornePhilippe Keckhut
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Météorologie, océanographie, physique de l'environnement
Date : Soutenance le 21/02/2019
Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Atmosphères, observations spatiales (Guyancourt, Yvelines ; 2009-....) - Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales
établissement opérateur d'inscription : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (1991-....)
Jury : Président / Présidente : Chantal Claud
Examinateurs / Examinatrices : Alain Hauchecorne, Philippe Keckhut, Chantal Claud, Wolfgang Steinbrecht, Albert Hertzog
Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Brun-Huret, Alexis Le Pichon

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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L'atmosphère moyenne de la Terre est un laboratoire naturel pour les études de la dynamique géophysique des fluides et de l'optique pour la mesure des gaz. Les recherches dans cette région ont longtemps été limitées par le manque d'observations à long terme susceptibles de couvrir l'ensemble de la région, de la troposphère à la haute mésosphère et à la thermosphère inférieure. Les dernières décennies ont vu la construction de nombreux observatoires au sol et le lancement d'instruments par satellite dans le but de fournir les mesures nécessaires pour comprendre la chimie, la dynamique et les changements climatiques à long terme de l'atmosphère moyenne. La télédétection atmosphérique, tant au sol que dans l’espace, présente des avantages et des inconvénients évidents. Les premiers étant capables de fournir des mesures bien calibrées et à haute résolution sur un seul site et les derniers permettant une couverture globale au prix de la résolution et d'un certain degré de certitude lors de l'étalonnage. Pour ce travail, nous utilisons des mesures de température obtenues à l'aide d'une technique de télédétection au sol basée sur le lidar à diffusion de Rayleigh et nous effectuons des comparaisons systématiques avec les profils de température générés à l'aide de trois instruments de télédétection passif basés sur des satellites: Sondeur Micro-onde sur satellite Aura (MLS). Sondage de l'atmosphère par radiométrie des émissions à large bande (SABER) et surveillance mondiale de l'ozone par occultation d'étoiles (GOMOS).Ce manuscrit a trois résultats principaux: 1a) Résultats de plusieurs améliorations de l’algorithme de la température lidar, qui ont permis de corriger un bias froid sur les températures mésosphériques jusqu’à 20 K à 90 km. 1b) Meilleur accord entre les températures du lidar et les profils de température SABER et MLS entre 70 km et 90 km. 1c) Une validation croisée entre les températures d’un lidar de température de Rayleigh et d’un lidar d’ozone co-localisés, qui donne confiance en la stabilité de la technique du lidar et justifie l’utilisation de la température par lidar comme base de données de référence pour la validation par satellite. 2a) Présentation d’une comparaison décennale entre les températures lidar validées et les températures produites par SABER et MLS. 2b) Nous montrons un biais froid dans les mesures satellitaires par rapport au lidar (-6 K pour SABER et -17 K pour MLS) dans la région de stratopause, un biais chaud (6 K près de 60 km) dans la mésosphère d’été, et un biais structuré verticalement pour MLS (-4 à 4 K) qui couvre la moyenne atmosphère. 2c) Nous réduisons l'ampleur du biais en dècallant verticalement la hauteur de la stratopause satellite et constatons une amélioration de la comparaison de température lidar-satellite qui en résulte. Ce résultat a des implications importantes pour la notification des températures des satellites en fonction de la hauteur géopotentielle. 3a) La comparaison des profils de température lidar avec la nouvelle base de données de température GOMOS montre que les altitudes géométriques des satellites peuvent être mieux estimées par les techniques d'occultaion que par l'inférence des niveaux de pression à partir des données radiométriques 3b) de l'effet des marées sur les comparaisons de température entre lidar et satellite lorsque Le passage supérieur du satellite est décalé dans le temps par rapport à la mesure lidar et peut être de l'ordre de 2 à 4 K en fonction de la phase de l'heure solaire.