Assimilation des radiances des sondeurs infrarouges hyperspectraux en condition nuageuse : application à des cyclogénèses extratropicales

par Thomas Pangaud

Thèse de doctorat en Océan. Atmosphère

Sous la direction de Nadia Fourrié.

Soutenue en 2009

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    L'objectif de cette thèse est de proposer une méthode d'assimilation des observations des sondeurs infrarouges hyperspectraux en condition nuageuse. Ces observations étaient jusqu'à présent rejetées des modèles d'assimilation en raison de la nature complexe des nuages et de leursprocessus non-linéaires évoluant dans des échelles spatio-temporelles généralement inférieures à celle du modèle. L'émergence des techniques variationnelles ainsi que les améliorations réalisées en matière de modélisation nuageuse et de transfert radiatif ont relancé l'intérêt de la communauté scientifique pour l'assimilation des radiances nuageuses. Ces dernières représentent en effet une large majorité des observations des sondeurs hyperspectraux, et particulièrement dans les zones atmosphériques sensibles. La méthode d'assimilation des radiances nuageuses développée ici utilise l'information combinée des schémas de détection du CEPMMT et de caractérisation du CO2-Slicing. Pour être efficace ce schéma d'assimilation nécessite une bonne concordance des performances de détection et de caractérisation des nuages pour les deux algorithmes. La première partie de ce manuscrit a permis de montrer que les deux algorithmes sont capables de détecter de manière fiable les nuages. La bonne concordance des performances obtenues d'un schéma à l'autre justifie par ailleurs leur utilisation conjointe dans une otique d'assimilation des radiances nuageuses. Le schéma d'assimilation développé dans cette étude permet d'augmenter le volume total des observations assimilées de plus de 10% pour AIRS et de plus de 12% pour IASI, les observations supplémentaires étant majoritairement localisées dans les moyennes et hautes latitudes. La prise en compte de l'effet du nuage dans l'opérateur d'observation conduit par ailleurs à une simulation d'observations plus cohérente avec les observations réelles. Les expériences réalisées avec AIRS montrent un impact positif sur les prévisions sans e��tre significatif pour la température,l'humidité et le vent. L'impact est significativement positif pour le géopotentiel. Les expériences préliminaires réalisées pour le sondeur IASI montrent un impact sur les prévisions plus mitigé. La prise en compte des données infrarouges issues des sondeurs hyperspectraux en condition nuageuse améliore la prévisibilité des évènements intenses pour les 2 cas d'étude traités dans ce manuscrit de thèse (tempête méditerranéenne du 26 septembre 2006 et tempête sur la bordure ouest Atlantique du 24 janvier 2009). L'assimilation opérationnelle de ce type de données pourrait ainsi permettre, entre autres, une meilleure gestion des risques et ainsi une prévention des menaces liées à ce type de situations plus efficace.

  • Titre traduit

    Assimilation of radiances from high-spectral-resolution infrared sounders : application to some extratropical cyclogenesis


  • Résumé

    The main goal of this PhD work is to propose an approach to deal with high-spectral-resolution infrared sounders in cloudy conditions. Untill now, these observations were rejected by the data assimilation system due to the complex nature of clouds and to their non-linear processes evolving into spatiotemporal scales lower than those of the model. The emergence of variational techniques as well as improvements achieved in terms of cloud modelisation and radiative transfer revived the interests of the scientific community for the assimilation of cloudy radiances. Indeed most measurements from high-spectral-resolution infrared sounders, and in particular, in atmospheric sensitive regions, are contaminated by clouds. The approach proposed here to deal with cloudy radiances is based on the combined information from the cloud detection algorithm developped by the ECMWF and the CO2-Slicing cloud characterization algorithm. To be efficient, this scheme thus needs a good correspondance in terms of cloud detection between these two algorithms. The fist part of this study demonstrates that these two algorithms are able to detect clouds efficiently. The good correspondance in performances obtained from both algorithms justify their conjoint use to assimilate cloudy radiances. The assimilation scheme developped in this PhD work enables to increase the total amount of assimilated observations by more than 10% for AIRS and by more than 12% for IASI, additional observations are mainly located at mid to high latitudes. In addition, taking into account the cloud effect into the observation operator leads to model equivalents more consistent with true observations. Experiments performed with the AIRS sounder exhibit a positive but not significant impact on forecasts for the temperature, the humidity and the wind. The impact is significantly positive for the geopotential. Preliminary experiments performed with the IASI sounder exhibit a rather mitigated impact. Taking into account cloudy radiances from high-spectral-resolution infrared sounders improves the predictability of intense event for both study cases treated in this work (a mediterrean storm occuring on the 26th of september 2006 and an atlantic storm on the 24th of january 2009). The operational assimilation of this kind of data will certainly enable, among others, a better risk management et thus a more efficient hazard prevention.

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  • Détails : 1 vol. (216 p.)
  • Annexes : Bibliogr. 197-201 p.

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2009TOU30279

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 09 TOU3 0279
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