Thèse de Christian Matar

Amphithéâtre Pierre Glorieux (CERLA)                                        SOUTENANCE DE THÈSE de Christian Matar - laboratoire LOA                                      Title : Retrieval of cloud properties using the multi-spectral, multi-angular and polarized measurements of the airborne polarimeter OSIRIS Résumé : La rétroaction des nuages demeure l’une des incertitudes majeures des modèles de prévision climatique, en particulier les interactions entre aérosols, nuages et rayonnement (IPCC, 2013). Les nuages sont en effet difficiles à prendre en compte car ils présentent des variabilités spatiales et temporelles importantes. Les mesures de télédétection aéroportées avec une résolution de quelques dizaines de mètres sont très appropriées pour améliorer et affiner nos connaissances sur les propriétés des nuages et leurs variabilités à haute résolution spatiale.
Dans ce contexte, nous exploitons les mesures multi-angulaires du nouveau radiomètre aéroporté OSIRIS (Observing System Including Polarization in the Solar Infrared Spectrum), développé par le Laboratoire d'Optique Atmosphérique. Il est basé sur le concept POLDER et est un prototype du futur instrument spatial 3MI sur les plates-formes MetOp-SG de l’EUMETSAT-ESA à partir de 2022.
En télédétection, les nuages sont généralement caractérisés par deux propriétés optiques: l'épaisseur optique des nuages (COT) et le rayon effectif des particules d'eau / de glace formant le nuage (Reff). Actuellement, la plupart des algorithmes de télédétection opérationnels utilisés pour extraire ces propriétés de nuage à partir de mesures passives sont basés sur la construction de tables pré-calculées (LUT) sous l'hypothèse d'une couche de nuage plan-parallèle. Cette méthode est très dépendante des conditions de simulations choisies pour la construction des LUT et ne permet pas d'estimer les incertitudes qui en découlent.
Au cours de cette thèse, nous utilisons le formalisme de la méthode d’estimation optimale (Rodgers, 2000) pour mettre au point une méthode d’inversion flexible permettant de restituer COT et Reff en utilisant les mesures multi-angulaires visibles et proche-infrarouges d’OSIRIS. Nous montrons que cela permet l'exploitation de l'ensemble des informations disponibles pour chaque pixel afin de s'affranchir des effets angulaires des radiances et d’inverser des propriétés plus cohérente avec l'ensemble des mesures.
Nous avons, d’autre part, appliqué le cadre mathématique fourni par la méthode d’estimation optimale pour quantifier les incertitudes sur les paramètres restitués. Trois types d’erreurs ont été évaluées: (1) Les erreurs liées aux incertitudes de mesure, qui atteignent 10% pour les valeurs élevées de COT et de Reff. (2) Les erreurs de modèle liées à une estimation incorrecte des paramètres fixes du modèle (vent de surface de l'océan, altitude des nuages et variance effective de la distribution en taille des gouttelettes d'eau) qui restent inférieures à 0,5% quelles que soient les valeurs COT et Reff inversées. (3) Les erreurs liées au modèle physique simplifié qui ne prend pas en compte les profils verticaux hétérogènes et utilise l'hypothèse du nuage plan-parallèle homogène et l'approximation du pixel indépendant. Ces deux dernières incertitudes s'avèrent être les plus importantes.