Composition du jury

Mme.BRAUD Isabelle, IRSTEA, rapporteuse
M. WIGNERON Jean-Pierre, INRA, rapporteur
Mme. PILES María, UPC, examinatrice
M. BALSAMO Gianpaolo, ECMWF, examinateur
Mme. TUZET Andrée, INRA, examinatrice
M. AIRES Filipe, ESTELLUS, codirecteur de thèse
M. POLCHER Jan, LMD/IPSL, directeur de thèse

Résumé

Cette thèse étudie l’évaporation et l’humidité du sol, deux paramètres clefs du cycle hydrologique et du système climatique.
L’évaporation potentielle (ETP) est un paramètre clef pour les modèles hydrologiques et agronomiques qui décrit les interactions entre la surface et l’atmosphère. Il constitue la base des estimations de l’évaporation réelle. Nous avons évalué, à l’échelle globale et pour le climat actuel ainsi que pour les changements attendus, des estimations de l’ETP basées sur des principes physiques ainsi que des approches empiriques. La méthode d’estimation du flux potentiel conseillée par la Food and Agriculture Organization (FAO) montre une sous évaluation par rapport au schéma de surface, ce qui a pu être relié à certaines hypothèses faites. Ceci implique aussi une sensibilité plus faible au changement climatique de la formulation proposée par la FAO. Nous avons aussi constaté que les méthodes empiriques ne représentent pas correctement l’impact du changement climatique sur l’ETP.
L’humidité du sol est analysée du point de vue de la température de brillance en Bande-L (TB). Cette mesure du rayonnement émis par la surface dans une bande spectrale sensible à l’eau dans les premiers centimètres du sol, constitue une des pistes pour l’estimation de l’humidité de surface depuis l’espace. Des mesures de TB ont été comparées, au dessus de la Péninsule Ibérique, à des données simulées par deux schémas de surface. Un bon accord a été trouvé entre les observations et les simulations sur l’évolution temporelle des signaux. Par contre, les structures spatiales peuvent être très différentes au cours de l’automne et l’hiver à cause de cycles annuels très contrastés.

This thesis deals with the study of evaporation and soil moisture, two main parameters of the hydrological cycle, and thus the climate system. First, potential evaporation (ETP) is analysed. It is an important input to hydrological and agronomic models, key to describe the interactions between the surface and the atmosphere, and the basis of most of the estimations of actual evaporation. Physically-based and empirical methods to estimate ETP are evaluated, at a global scale, under current climate conditions and in a changing climate. The former methods correspond to those implemented in land surface models (LSM) and the Food and Agriculture Organization (FAO) reference evapotranspiration equation. The assumptions made in FAO’s method underestimate ETP if compared to LSM methods. They also result in a lower sensitivity of ETP to climate change.
In addition, empirical equations are not able to reproduce the impact of climate change on ETP if compared to that from LSM methods. Soil moisture is the second aim of this thesis. It is treated through the analysis of brightness temperatures (TB). These are a measure of the radiation emitted by the surface, and thus an optimum parameter to use in remote sensing techniques for soil moisture retrieval. Measured TB from the Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS) mission are compared, over the Iberian Peninsula, to two sets of TB modelled estimates from two LSM.
There is a good agreement in the temporal evolution between them. However, discrepancies are found regarding the spatial structures, which become more evident during fall and winter and are mainly explained by differences in the annual cycle of measured and modelled TB.