Restitution des propriétés microphysiques et radiatives des nuages froids et mixtes à partir des données du système RALI (RAdar-LIdar)
Résumé
Clouds play an important role in atmospheric processes and climate control. However their parametric representation in numerical models for weather forecast and climate is still simplistic and not yet validated. The desire to understand the radiative impact of clouds has driven the definition of two space missions using a radar-lidar combination (CLOUDSAT/CALIPSO and EarthCARE). The RALI system (synergetic Cloud Radar- Lidar system) is an airborne demonstrator for both of the above-mentioned instruments that help at once the development of the associated algorithms and the calibration of the space mission products. Thus, RALI aims at the development and exploitation of a synergetic airborne or ground-based radar-lidar combination in order to document vertical profiles of microphysical, dynamical and radiative properties of non-precipitating iced clouds. This thesis comes within this scope. At first, an inverse model relating remote sensing variables to the cloud parameters was built. This model enables to free from the shape of the particle size distribution and is used as the basic principle of the radar-lidar synergetic algorithm. This algorithm was also developed to take into account the natural vertical variability of cloud particles concentration. Simulation tests were performed in order to determine robustness, precision and the optimal conditions of application. Results from field experiment (CLARE 98, CARL 99, CLARE 2000) were compared with in-situ microphysical measurements and have demonstrated the capacity of the algorithm to retrieve effective radii of clouds particles, ice water content and optical depth of sounded clouds. The algorithm is also able to retrieve the water contents for the mixed-phase layers and this capability was tested on an altocumulus case of CLARE 2000.
Les nuages jouent un rôle important dans l'évolution de l'atmosphère météorologique et dans le contrôle du climat. Or leur représentation paramétrique dans les modèles numériques de prévision météorologique et climatologique n'est toujours pas validée à ce jour. La préoccupation de la communauté scientifique internationale d'être à même de mieux contrôler à l'échelle globale l'effet radiatif des nuages a stimulé plusieurs programmes spatiaux mettant en œuvre une combinaison radar-lidar (CLOUDSAT/CALIPSO et EarthCare). De telles expériences spatiales ont besoin de démonstrateurs aéroportés tels que RALI (système synergique RAdar nuage - LIdar), qu'il s'agisse de la mise au point des algorithmes de traitement de données, ou de la validation des produits de la mission spatiale. Ainsi, le projet RALI vise le développement et l'exploitation d'une combinaison instrumentale radar-lidar aéroportée ou au sol, pour documenter les profils verticaux des propriétés microphysiques, dynamiques et radiatives des nuages glacés non précipitants. C'est dans ce cadre que s'inscrit cette thèse. Dans un premier temps, un modèle inverse reliant les paramètres de télédétection aux paramètres nuageux a été construit. Ce modèle permet de s'affranchir de la forme de la distribution dimensionnelle des particules; il sert de base à l'application de l'algorithme synergique radar-lidar. Celui-ci, prenant en compte la variation verticale de la concentration des particules nuageuses, a également été développé. Des tests de simulation ont été effectués afin de déterminer sa robustesse, sa précision et les conditions optimales d'application. Les résultas obtenus sur des cas d'expérimentations instrumentales (Clare'98, Carl'99 et Clare'2000), comparés à des mesures in-situ microphysiques, ont montré sa capacité à restituer le rayon effectif des particules nuageuses, le contenu en glace et l'épaisseur optique des nuages sondés. L'algorithme est également capable de restituer le contenu en eau des couches de phase mixtes et sa capacité a été testée sur un cas d'altocumulus de Clare'2000.
Domaines
Océan, Atmosphère
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