DUPONT
Vous êtes cordialement invités à la soutenance de ma thèse intitulée :
"Impact radiatif des nuages de haute altitude sur le bilan radiatif
à la surface de la Terre. Quantification expérimentale et analyse"
qui aura lieu le mardi 21 octobre 2008 à 14h
dans l'amphi Arago à l'Ecole Polytechnique.
Le jury sera composé de :
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
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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.
