Radiométrie micro-onde de la neige : interprétation de données satellitaires sur l'Antarctique : expérimentations dans les Alpes
Résumé
Remote sensing studies at the "Laboratoire de Glaciologie et de Géophysique de l'Environnement" are motivated by the possibility to measure from space important geophysical parameters such as the surface melt extent, the temperature and the snow accumulation rate of the polar ice sheets. Moreover, microwave data are weakly sensitive to atmospheric effects, and they provide information on a few centimeters or several meters of the snow cover. A semi-empirical model based on radiative transfer and a simple thermodynamic model, enable us to retrieve the measured brightness temperatures (SSM/I data) from the air temperatures measured by automatic weather stations; a constant emissivity is assumed and we fit the extinction coefficient of the medium. This method is tested on two Antarctic sites with different snow characteristics. Afterwards, the model is reversed in order to retrieve the snow surface temperature from the satellite data. At this point, the problem is still underdetermined, but the results are promising. In order to validate models, we measured radiometric data at different frequencies and incident angles, with the radiometer PORTOS (CNES) from a cable car, at Chamonix in the Alps. Simultaneously, the snow cover was characterized. These data are calibrated, corrected from local incident angle, the antenna pattern effect on the angular measurement is evaluated. Then, they are compared to computed data from a snow emissivity model for a uniform and a stratified medium and from a radiative transfer mode!. The problems of the snow structure characterization for microwaves and of the scattering by snow grains are raised.
L'objectif des études en télédétection au Laboratoire de Glaciologie et de Géophysique de l'Environnement est de pouvoir mesurer de l'espace les paramètres géophysiques importants caractérisant la surface des calottes polaires, tels que les zones de fonte, la température et l'accumulation de neige. De plus, les mesures satellitaires dans le domaine des micro-ondes offrent l'avantage d'être peu sensibles aux effets atmosphériques et de fournir des informations sur une épaisseur du manteau neigeux de quelques centimètres à plusieurs mètres. Un modèle semi-empirique basé sur le transfert radiatif et un modèle thermodynamique simple ont permis, moyennant l'hypothèse d'une émissivité constante et l'ajustement du coefficient d'extinction dans le milieu, de reconstruire les températures de brillance mesurées par le satellite (données SSM/I), à partir des seules températures de l'air dont nous disposions. Cette méthode a été testée sur deux sites d'Antarctique présentant des caractéristiques de neige différentes. Ce modèle a ensuite été inversé de façon à déterminer la température de surface de la neige à partir des mesures satellitaires. Le problème est actuellement sous déterminé, cependant les résultats sont prometteurs. De manière à valider les modèles, nous avons acquis simultanément, en un site glaciaire du massif du Mont-Blanc, des mesures radiométriques à plusieurs fréquences et angles d'incidence, avec le radiomètre PORTOS du CNES, fixé à une télécabine, et des mesures des caractéristiques du manteau neigeux. Ces mesures ont été étalonnées, corrigées de l'angle local d'incidence, l'effet du diagramme d'antenne sur la mesure angulaire a été évalué. Elles ont alors été comparées aux valeurs simulées par un modèle d'émissivité de la neige pour un milieu uniforme et stratifié et à un modèle de transfert radiatif. Les problèmes de caractérisation de la structure de la neige pour les micro-ondes et de modélisation de la diffusion par les cristaux ont été soulevés.