6.3.1 Influence de la vapeur d’eau, de la température et de la pression atmosphérique sur les températures de brillance atmosphériques

(a)     (b)     (c)   FIG. 6.16: (a, b, c) : cartes globales moyennes de la température, pression et humidité relative de l’atmosphère au niveau de la mer durant l’année 2000, d’après le modèle ECMWF, à 00h00. Les moyennes sont calculées sont 12 cartes (une pour un jour donné de chaque mois). Les échelles de couleur vont de -25oC à +25oC (a), de 980 mbar à 1020 mbar (b), et de 40% à 90% (c).

(a) (b) (c) FIG. 6.17: (a, b, c) : écarts types de la température, pression et humidité relative de l’atmosphère au niveau de la mer durant l’année 2000, d’après le modèle ECMWF. Les écarts type sont calculés sur 12 cartes (une pour un jour de données, chaque mois), à 00h00. Les échelles de couleur vont de 0o C à 10o C (a), de 0 mbar à 15 mbar (b) et de 0% à 20% (c).

(a)   (b) FIG. 6.18: Coefficient d’absorption au niveau de la mer à 1.41 GHz (a) et à 19 GHz (b) en fonction de l’humidité relative pour une température de 0, 10, 20, 30oC et une pression de 1010 mbar

FIG. 6.19: Température de brillance (en K) de l’atmosphère en fonction de la témpérature de l’atmosphère à z = 0 km, avec P(0) = 1013 mb, et Hr(0) = 70%.

FIG. 6.20: Température de brillance (en K) de l’atmosphère en fonction de la pression à z = 0 km, avec T(z) = 20oC et Hr = 70%.

FIG. 6.21: Température de brillance (en K) de l’atmosphère en fonction de l’humidité relative à z = 0 km, T(z) = 20oC et P(z) = 1013 mb.

Les effets atmosphériques ne sont pas très grands en bande L, et leur variation avec les conditions atmosphériques le sont sûrement encore moins. Cependant, étant donnée la très grande précision recherchée sur l’estimation de la Tbmer, il est nécessaire de quantifier la variabilité de ces effets induite par la variabilité de T(0), P(0) et H_r(0).

Les effets atmosphériques estimés dans la section 6.3 ont été évalués pour T(0) = 20^oC, P(0) = 1013 mb et H_r (0) = 70%. Ces valeurs sont typiques pour les paramètres atmosphériques au dessus des océans (voir la figure 6.16). Cependant, ces valeurs peuvent varier sensiblement spatialement et temporellement (voir les figures 6.16 et 6.17), faisant ainsi varier les effets atmosphériques (i.e. la Tbatm. et ).

La variation de _e(0) avec l’humidité relative est illustrée pour la bande L et pour ₀ = 19 GHz, fréquence couramment utilisée en radiométrie hyperfréquences pour mesurer le contenu intégré en vapeur d’eau, sur la figure 6.18: la variation en bande L est quasiment inexistante contrairement aux plus hautes fréquences. La variation de Tbatm. (i.e. Tbatm.(zlim.) ou Tbatm.(0) qui sont identiques) avec celle de T(0), P(0), H_r (0) est illustrée respectivement sur les figures 6.19, 6.20 et 6.21. Il apparaît que l’influence de H_r (0) est extrêmement faible ; une variation de 0% à 100% fait varier Tbatm. de moins de 0.1 K. L’influence de T(0) est faible ; une variation de 0^oC à 30^oC fait varier Tbatm. de l’ordre de 0.1 K. Enfin, l’influence de la pression est un peu plus sensible que celle des autres paramètres ; une variation de 950 mb à 1050 mb fait varier Tbatm. de 0.35 K au nadir et de 0.7 K à = 60^o .

Les paramètres de l’atmosphère vont aussi influencer l’épaisseur optique, et par conséquent l’atténuation des rayonnements. La variation de ₀ la plus forte (non montrée) est induite par une variation de P(0) entre 950 mb et 1050 mb. Elle est de 3×10^-3 neper pour des allant jusqu’à 60^o, ce qui se traduit par une variation de l’atténuation d’un rayonnement à 100 K qui est de l’ordre de 0.3 K.

Les variations de Tbatm. et ₀ les plus fortes sont induites par la variation de P(0). En bande L, ces variations sont très faibles (moins de 0.007 K.mbar^-1 pour des angle d’incidence jusqu’à 60^o). Par conséquent, une estimation de ces paramètres par un modèle météorologique devrait permettre de bien prendre en compte les effets atmosphériques. À titre indicatif, sur les 5 dernières années, la statistique moyenne d’écart entre les observation des bateaux (message SYNOP/SHIP) et l’analyse ARPEGE (modèle atmosphérique global de Météo France) donne un écart-type de 1.4 mbar (Bruno Lacroix, Météo France, communication personnelle).