Note ABES Characterization of cirrus clouds from ground-based remote sensing using the synergy of lidar and multi-spectral infrared radiometry Caractérisation des cirrus à partir de mesures de surface en utilisant la synergie entre lidar et radiomètre infrarouge thermique Cirrus – Teneur en glace -- Évaluation 551.576 Cirrus Télédétection Nuages -- Physique Microphysique Transfert radiatif Radiomètres Lidar Problèmes inverses Il est maintenant bien établi que les cirrus ont un impact important sur le climat. Cependant, l'estimation de cet effet est difficile car notre connaissance des propriétés microphysiques de ce type de nuage est encore incertaine. L'objectif de cette thèse est donc d’améliorer notre compréhension de la microphysique complexe du cirrus composé principalement de cristaux de glace de forme irrégulière et d'estimer ainsi un contenu en glace (ice water content, IWC) plus précis. Pour cela, nous avons développé un algorithme permettant de restituer le profil vertical d'IWC du cirrus. La méthodologie considère une synergie entre les mesures d'un lidar et celles d'un radiomètre infrarouge thermique (IRT) effectuées depuis le sol, via une méthode d'estimation optimale. Ce travail s’est déroulé en trois étapes: (1) Le contenu en glace intégré verticalement (ice water path, IWP) est estimé à partir des mesures passives IRT. (2) L'information sur la distribution verticale d'IWC à l'intérieur du nuage est obtenue avec les mesures actives du lidar. Cette restitution dépend fortement du rapport entre la rétrodiffusion et l'extinction des cristaux de glace obtenu avec un modèle microphysique. La fonction de phase du modèle utilisée pour définir ce rapport ne prend pas en compte le pic de rétrodiffusion. Nous montrons que cette hypothèse aboutit à des résultats non réalistes par rapport aux mesures IRT. (3) Par conséquent, les deux types d’informations sont combinées en synergie pour estimer, lors de la restitution des profils verticaux d'IWC, un facteur correctif permettant de rendre compte de ce pic de rétrodiffusion. Finalement, les résultats et les hypothèses associées sont discutés. There is a broad consensus that cirrus clouds strongly influence the climate of the Earth. However, their net radiative effect is still poorly quantified nowadays due to an insufficient knowledge of their microphysical properties. This thesis aims to improve our understanding of the complex microphysics of this cloud type mainly composed of irregularly shaped ice crystals and thereby improve estimates of the ice water content (IWC). For this purpose, we developed an algorithm to retrieve vertical profiles of the IWC of cirrus clouds. The methodology combines the measurements of a ground-based lidar and a thermal infrared (TIR) radiometer in a common optimal estimation framework. It follows three steps: (1) An algorithm to retrieve the vertically integrated amount of ice (ice water path, IWP) from the passive TIR measurements is established. (2) The information about the vertical distribution of the IWC inside the cloud is obtained from the active lidar measurements. These retrievals strongly depend on the backscatter-to-extinction ratio of the ice crystals which is obtained from a bulk ice microphysical model. The scattering phase function of this model used to define the backscatter-to-extinction ratio assumes a flat ending without backscattering peak. We show that this assumption is unrealistic since it results in the retrieval of IWC profiles which are inconsistent with the TIR measurements. (3) Consequently, both types of measurements are combined in a synergistic algorithm allowing to estimate together with the IWC profiles a correction factor for the phase function in backscattering direction. Finally, the retrieval results and associated hypotheses are discussed. Electronic Thesis or Dissertation Text en PDF 36650007 text/html https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/EDSMRE/2018/50376-2018-Hemmer.pdf https://theses.fr/2018LILUR050/abes Hemmer Friederike Hemmer 1990-08-19 DE 234832886 https://theses.fr/2018LILUR050 2018LILUR050 https://doi.org/10.70675/d1c0c00czad34z4fcez8fcfzb0f93dd7f77d 2018-12-07 Terre, enveloppes fluides Université de Lille (2018-2021) 223446556 Doctorat Docteur es non oui Parol Frédéric MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_1 103914072 Couillard-Labonnote Laurent MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_2 059871865 Brogniez Gérard MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_3 059876891 École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....) MADS_ECOLE_DOCTORALE_1 148937330 Laboratoire d'Optique Atmosphérique (LOA) MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_1 161617905 ddc:550 Parol Frédéric Couillard-Labonnote Laurent Brogniez Gérard École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord) Laboratoire d'optique atmosphérique (LOA) PDF 36650007