• Langue : Français
• Discipline : Terre, enveloppes fluides
• Identifiant : 2022ULILR027
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 18/07/2022

Résumé en langue originale

Dans le contexte actuel du changement climatique, il est essentiel de bien caractériser et de pouvoir suivre dans le temps le bilan d'énergie radiative terrestre au sommet de l'atmosphère et à la surface. Du point de vue de la mesure, obtenir une estimation correcte du bilan radiatif passe par la détermination précise des flux radiatifs solaire et infra-rouge. L'objectif de cette thèse est d'étudier les flux radiatifs solaires obtenus à partir du radiomètre français POLDER embarqué sur le microsatellite PARASOL du CNES. Une première partie des travaux de thèse présentés consiste à comparer les produits opérationnels actuels de POLDER avec les flux de référence obtenus par les radiomètres à large bande spectrale CERES sur les plates-formes spatiales américaines Aqua et Terra. La comparaison est faite sur deux périodes, la première pour laquelle nous disposons de mesures coïncidentes (2005-2009), et la seconde qui correspond à une période de dérive du satellite PARASOL (2010-2013). Nous montrons que cette dérive a eu un impact direct sur les observations, avec des répercussions sur les flux calculés. En effet, sur la période de coïncidence des mesures les flux POLDER sont très proches des flux CERES pour deux des produits étudiés (SSF1deg, SYN1deg) avec des différences relatives inférieures à 2% jusqu'en décembre 2009. Après cette date, la différence relative augmente. Un effet de compensation terres/océans est par ailleurs mis en évidence. Les résultats obtenus suite à cette comparaison nous ont menés à étudier plus particulièrement la composante de l'algorithme qui permet d'obtenir les moyennes mensuelles des flux POLDER. Celle-ci concerne l'extrapolation diurne, utilisée pour obtenir des estimations de l'albédo à toutes les heures de la journée à partir d'une seule observation en utilisant des modèles qui dépendent de la scène observée. Les modèles utilisés actuellement sont issus de quatre mois d'observations POLDER-1 (1996-1997) et nous avons décidé de mettre à profit les données obtenues sur l'ensemble de la mission PARASOL pour améliorer ces modèles. Les flux solaires obtenus avec les nouveaux modèles présentent moins de dépendance à la dérive au-dessus des océans mais une tendance encore visible au-dessus des terres. Ces résultats nous ont amenés à proposer plusieurs pistes d'amélioration, principalement en augmentant le nombre de modèles POLDER. Ces travaux, basés sur les mesures de POLDER qui a cessé de fonctionner en décembre 2013 mais dont les données sont disponibles, seront en grande partie réutilisables pour le futur radiomètre multispectral, multi-angulaire et polarisé 3MI, développé par l'ESA et EUMETSAT et qui sera embarqué sur la prochaine mission spatiale opérationnelle EPS-SG d'EUMETSAT à partir de 2024 pour une durée d'environ 20 ans.

Résumé traduit

In the context of climate change, it is essential to estimate precisely and be able to monitor over time the energy balance of the Earth at the top of the atmosphere and at the surface. In terms of measurement, obtaining a correct estimate of the radiative balance requires a precise determination of the shortwave (solar) and longwave (infrared) radiative fluxes. The objective of this thesis is to assess the solar radiative fluxes obtained from the French radiometer POLDER on board the PARASOL microsatellite supported by CNES. A first part of the thesis presents a comparison between the operational products computed from POLDER observations with the reference fluxes obtained through the broadband radiometers CERES on the NASA space platforms Aqua and Terra. The comparisons are made over two periods: first a period with coincident measurements (2005-2009), then a second period which corresponds to the drift of the PARASOL satellite (2010-2013). We show that this drift had an impact on the observations, with strong repercussions on the calculated fluxes. Over the period of coincidence of the measurements, POLDER fluxes are very close to the fluxes from CERES for two of the products studied (CERES SSF1deg and CERES SYN1deg) with relative differences under 2% until December 2009. After 2010, the relative difference increases with the drift. A land/ocean compensation effect is also revealed. The results obtained through these comparisons led us to study in detail the component of the algorithm used to obtain the monthly means of POLDER shortwave fluxes. This part of the algorithm is the diurnal extrapolation, used to estimate a value of albedo at all hours of the day from a single observation using models that are scene-dependent. The models used for the operational products were built using four months of POLDER-1 observations (1996-1997). We decided to take advantage of the data obtained throughout the entire PARASOL mission to improve these models. The shortwave fluxes obtained with the new models show less dependence on the drift over oceans but a drift is still present over lands. These results led to several propositions that could improve POLDER's shortwave fluxes, mainly by increasing the number of POLDER models. This work, based on measurements from POLDER-3, which was shut down in December 2013, but whose data is available, will be largely reusable for the future multispectral, multi-angular and polarized radiometer 3MI, developed by ESA and EUMETSAT and which will fly onboard the EPS-SG mission supported by EUMETSAT from 2024, for approximately 20 years.