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Fiche détaillée Thèses
Université Paris-Diderot - Paris VII (09/10/2002), Flamant Pierre H. (Dir.)
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Etude des propriétés optiques et radiatives des cirrus par télédetection active : apport des observations polarisées
Vincent Noel1

Les nuages sont une incertitude majeure pour l'étude du climat. Parmi eux, les cirrus en sont des modulateurs essentiels, par leur effet de serre élevé et leur effet d'albedo. Cependant, leur haute altitude et leur composition atypique compliquent leur étude. Les nombreuses campagnes de mesure des vingt dernières années ont montré la complexité de leur composition et la forte variabilité de leurs propriétés microphysiques : taille, forme et orientation des cristaux qui les composent. Ce manque de connaissance entraîne de graves lacunes dans leur modélisation, et une incohérence certaine dans les résultats des simulations climatiques à grande échelle. Les avantages des instruments de télédétection pourraient conduire à de nouvelles méthodes d'étude des cristaux dans les cirrus. Cette thèse analyse l'apport potentiel de mesures spatiales pour caractériser les nuages de glace, en prévision de l'Aqua-Train, une formation de satellites pour l'étude de l'atmosphère. La diffusion lumineuse dans les cristaux a été modélisée en prenant en compte leurs multiples propriétés, menant à plusieurs techniques de restitution de la microphysique des cirrus par des mesures de l'état de polarisation de la lumière par télédétection active et passive. Ces techniques ont été appliquées à des données sol pour évaluer leur pertinence, et leur application potentielle à des mesures spatiales envisagée. Combinées dans un cadre théorique homogène, elles ont conduit à la restitution cohérente des propriétés des cristaux dans les cirrus : orientation spatiale et angle maximum de déviation à partir de mesures polarisées (lidar à balayage, radiomètre) ; facteur de forme par observations lidar polarisées ; taille par synergie multi-instruments (lidar, radiomètre IR). La restitution de ces paramètres à l échelle globale conduira à une meilleure compréhension des propriétés radiatives des cirrus, et à une meilleure interprétation de leur importance dans le contexte du bilan radiatif terrestre.
1 :  LMD - Laboratoire de Météorologie Dynamique
Cirrus – Télédétection – Cristaux – Ray-tracing – Lidar

Study of cirrus clouds optical and radiative properties with active remote sensing : polarized observations
Clouds remain a major source of uncertainty when studying the Earth climate. Among them, cirrus clouds are crucial due to their high greenhouse and albedo effect. Unfortunately, their study is difficult due their high altitude and complex composition. During the last twenty years, several field campaigns have shown the high variability of their microphysical properties : the size, shape and orientation of crystals inside the cloud. This lack of knowledge leads to arbitrary assumptions in their modelisation, meaning incoherent results in large-scale climatic simulations. New techniques must be developed, benefiting from the unique capabilities of remote sensing instruments. This thesis studies the potential contribution of spatial measurements for the characterization of ice clouds properties, in order to prepare the Aqua-Train mission, a satellite constellation dedicated to atmospheric studies. Scattering phenomenon in ice crystals have been modelled, taking into account several of their properties and leading to the retrieval of cirrus microphysical parameters through the study of measured light polarization state. Both active and passive remote sensing measurements were used. These techniques have been actually applied to ground-based measurements, and their potential application to space measurements has been evaluated. Bind together into an homogenous framework, they led to the retrieval of all cirrus microphysical properties : crystal orientation and maximum deviation angle from polarized measurements (scanning lidar, radiometer) ; crystal shape ratio from polarization lidar ; crystal size from a multi-instruments algorithm. The retrieval of such parameters on a global scale should lead to a better understanding of cirrus radiative properties, and to a better evaluation of their importance in the context of the Earth radiation budget.
Cirrus – Remote Sensing – Crystals – Ray-tracing – Lidar