Composition du jury

Philippe Keckhut (SA/IPSL) Rapporteur
Patrick Mascart (LA/OMP) Rapporteur
Wolfram Wobrock (LAMP) Examinateur
Vincent Cassé (Meteo-France) Examinateur
Philippe Dubuisson (LOA) Examinateur
Philippe Drobinski (LMD/IPSL) Directeur de thèse
Martial Haeffelin (LMD/IPSL/SIRTA) Co-directeur de thèse

Résumé

Les nuages jouent un rôle majeur dans les processus météorologiques et climatiques et leurs interactions avec les constituants de l’atmosphère constituent un enjeu important pour la compréhension de l’impact de l’homme sur le climat. Les longues séries temporelles d’observations fournies par les imageurs passifs spatiaux (par exemple ISCCP) ont permis d’établir des statistiques globales sur les propriétés des nuages. Celles-ci peuvent être comparées dès à présent avec les résultats obtenus par une nouvelle génération de sondeurs actifs spatiaux tels CALIPSO ou CLOUDSAT. Des différences notables apparaissent à cause des caractéristiques propres à chaque type d’instrument (sensibilité, portée, champ d’observation). Ces différences seront particulièrement importantes pour les nuages optiquement fins de haute altitude (signature radiative faible difficile à quantifier). Il est alors important de savoir si les nuages de haute altitude qui apparaissent dans une statistique et non dans l’autre ont une influence significative sur le bilan radiatif de la Terre. Cet impact pourra être quantifié par l’intermédiaire d’instruments de télédétection active installés à la surface de la Terre en effectuant des études de sensibilité basées sur les propriétés macrophysiques de ces nuages. Le Site Instrumental de Recherche par Télédétection Active (SIRTA) de l’IPSL est un site d’expérimentation national qui regroupe un ensemble d’instruments de télédétection active et passive. J’ai donc utilisé l’ensemble de ces mesures colocalisées pour quantifier l’impact des nuages de haute altitude sur le rayonnement solaire et infrarouge à la surface. Les propriétés macrophysiques (altitude, occurrence de présence, épaisseur physique, épaisseur optique) des nuages de haute altitude sont restituées à partir d’observations Lidar. Les propriétés intégrées sur la colonne atmosphérique, aérosols et contenu intégré en vapeur d’eau entre autres, sont fournies par le photomètre solaire (réseau AERONET), le radiomètre micro-onde et le GPS. Les mesures de rayonnement sont produites par la station de mesures radiatives (réseau BSRN). Le travail initial a consisté à analyser les mesures disponibles pour restituer les paramètres géophysiques nécessaires au calcul du Forçage Radiatif (FR) lié aux nuages (Cloud Radiative Forcing). Le forçage radiatif lié aux nuages est défini comme la différence entre le rayonnement mesuré au sol et le rayonnement hypothétique que l’on aurait en absence totale de nuage. Ce-dernier, communément appelé référence de ciel clair, est dans notre étude calculé par l’intermédiaire de paramétrisations. Une d’entre elles, destinée à estimer le rayonnement infrarouge pour des conditions de ciel clair, a d’ailleurs fait l’objet d’une publication dans la revue Journal of Geophysical Research. L’optimisation de la détection de ces périodes de ciel clair a débouché sur un deuxième article publié dans la revue Geophysical Research Letter. Dans un troisième temps, de robustes algorithmes indispensables au calcul du FR ont été développés et validés sur le site du SIRTA. Un troisième article publié dans Journal of Geophysical Research présente cette méthodologie totalement novatrice permettant de lier forçages radiatifs solaire et infrarouge aux propriétés macrophysiques des cirrus. Parallèlement, ces algorithmes sont appliqués à d’autres sites de latitudes différentes (1) Moyennes Latitudes avec le site ARM SGP de Lamont (36°N), (2) Tropiques avec le site ARM TWP de Nauru(0°S) et (3) Arctique avec le site ARM NSA de Barrow (78°N) dont l’objectif avoué est de régionaliser l’étude afin de quantifier le forçage radiatif des nuages de haute altitude sous différentes conditions climatologiques. Des hétérogénéités spatiales apparaissent et en découlent les sensibilités du FR à la turbidité de l’atmosphère et à l’humidité atmosphérique sont établies. Enfin, ces algorithmes validés sur différents sites de surfaces sont appliquées aux données spatiales, issues des satellites AIRS et CALIPSO. Ce dernier, sensible aux nuages optiquement fins de haute altitude permet d’estimer le forçage radiatif à l’échelle globale de ce type de nuage non détecté auparavant. Un échantillonnage spatio-temporel plus homogène et plus robuste permet également le calcul du cycle annuel du bilan radiatif zonal net.