Inversion des mesures radiométriques haute-fréquence au-dessus des surfaces continentales
Abstract
The main objective of this thesis is to study the potential and the feasibility of atmospheric temperature and humidity profile retrievals over land using microwave sounding measurements and especially AMSU-A and-B ones.
Indeed, microwave measurements are assimilated over oceans in many meteorological centres but remain insufficiently exploited over land. The land emissivity is high (almost close to 1.0) and is highly variable with surface characteristics. Consequently, it is difficult to separate the relative contributions of the surface and the atmosphere to the measured radiances.
An important part of this work has been dedicated to the land emissivity estimation at AMSU frequencies (23-150 GHz) and scanning conditions (from -58 to +58 with respect to nadir). The land emissivity calculations have been conducted over the globe and using cloud free data from year 2000.
The land AMSU emissivities have been evaluated by examining their angular and spectral dependences and by comparison to SSM/I emissivities.
Theses analyses permit the development of a microwave land emissivity parameterization for frequencies ranging from 23 to 150 GHz and scanning angles up to 58.
Thereafter and with a good knowledge of the surface (emissivity and skin temperature), the feasibility of the AMSU temperature and humidity profiles has been studied by conducting an information content analysis. This study shows that AMSU measurements when combined with a reliable surface emissivity and skin temperature could produce valuable estimations of the atmospheric temperature and humidity profiles especially at atmospheric low levels.
Indeed, microwave measurements are assimilated over oceans in many meteorological centres but remain insufficiently exploited over land. The land emissivity is high (almost close to 1.0) and is highly variable with surface characteristics. Consequently, it is difficult to separate the relative contributions of the surface and the atmosphere to the measured radiances.
An important part of this work has been dedicated to the land emissivity estimation at AMSU frequencies (23-150 GHz) and scanning conditions (from -58 to +58 with respect to nadir). The land emissivity calculations have been conducted over the globe and using cloud free data from year 2000.
The land AMSU emissivities have been evaluated by examining their angular and spectral dependences and by comparison to SSM/I emissivities.
Theses analyses permit the development of a microwave land emissivity parameterization for frequencies ranging from 23 to 150 GHz and scanning angles up to 58.
Thereafter and with a good knowledge of the surface (emissivity and skin temperature), the feasibility of the AMSU temperature and humidity profiles has been studied by conducting an information content analysis. This study shows that AMSU measurements when combined with a reliable surface emissivity and skin temperature could produce valuable estimations of the atmospheric temperature and humidity profiles especially at atmospheric low levels.
Le principal objectif de ce travail de thèse est d'étudier la faisabilité de restitution des profils atmosphériques de température et d'humidité au-dessus des surfaces continentales à partir des mesures des sondeurs micro-onde passives et principalement des mesures AMSU-A et B.
En effet, si les mesures AMSU sont assimilées de façon opérationnelle au-dessus des océans, elles restent cependant, insuffisamment exploitées au-dessus des continents. L'émissivité des continents est souvent élevée (proche de 1.0) et trés variable avec les caractristiques de la surface. Par conséquent, il est difficile de séparer les contributions relatives de la surface et de l'atmosphère aux rayonnements mesurés par les capteurs satellitaires.
Pour cette raison, une partie importante de ce travail a été consacrée à l'estimation de l'émissivité de surface aux fréquences AMSU (23-150 GHz) et aux angles d'observation de ces instruments (de -58° +58° par rapport au nadir). Les calculs de l'missivit de surface ont été menés sur le globe en utilisant les données non nuageuses de l'année 2000.
Les émissivités AMSU ainsi obtenues ont été évaluées en examinant leurs dépendances angulaires et spectrales et par comparaison aux émissivités SSM/I..
Toutes ces analyses ont permis le développement d'une paramètrisation de l'émissivité de surface valable pour des fréquences allant de 23 à 150 GHz et pour des angles d'observation satellite pouvant atteindre 58°.
Par la suite et avec une bonne connaissance de la surface (émissivité et température de surface), la faisabilité de l'inversion des profils de température et d'humidité atmosphériques à partir des observations AMSU a été étudiée en réalisant une étude de contenu en information. Cette étude a montré que les mesures issues des instruments AMSU quand elles sont combinées avec des estimations fiables de l'émissivité et de la température de surface, permettent l'amélioration des restitutions de température et d'humidité atmosphériques surtout dans les basses couches.
En effet, si les mesures AMSU sont assimilées de façon opérationnelle au-dessus des océans, elles restent cependant, insuffisamment exploitées au-dessus des continents. L'émissivité des continents est souvent élevée (proche de 1.0) et trés variable avec les caractristiques de la surface. Par conséquent, il est difficile de séparer les contributions relatives de la surface et de l'atmosphère aux rayonnements mesurés par les capteurs satellitaires.
Pour cette raison, une partie importante de ce travail a été consacrée à l'estimation de l'émissivité de surface aux fréquences AMSU (23-150 GHz) et aux angles d'observation de ces instruments (de -58° +58° par rapport au nadir). Les calculs de l'missivit de surface ont été menés sur le globe en utilisant les données non nuageuses de l'année 2000.
Les émissivités AMSU ainsi obtenues ont été évaluées en examinant leurs dépendances angulaires et spectrales et par comparaison aux émissivités SSM/I..
Toutes ces analyses ont permis le développement d'une paramètrisation de l'émissivité de surface valable pour des fréquences allant de 23 à 150 GHz et pour des angles d'observation satellite pouvant atteindre 58°.
Par la suite et avec une bonne connaissance de la surface (émissivité et température de surface), la faisabilité de l'inversion des profils de température et d'humidité atmosphériques à partir des observations AMSU a été étudiée en réalisant une étude de contenu en information. Cette étude a montré que les mesures issues des instruments AMSU quand elles sont combinées avec des estimations fiables de l'émissivité et de la température de surface, permettent l'amélioration des restitutions de température et d'humidité atmosphériques surtout dans les basses couches.
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