Étude de la variabilité climatique des hautes latitudes nord, dérivée d'observations satellites micro-ondes

Climate variability study in northern high latitudes derived from microwaves remote sensing observations

• Auteur / Autrice : Arnaud Mialon
• Direction : Michel Fily, Alain Royer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océan, atmosphère, hydrologie
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Grenoble 1 en cotutelle avec Université de Sherbrooke (Québec, Canada)

Résumé

Le suivi des milieux sub-polaires est important, tant ils devraient évoluer face à l'augmentation des températures attendue dans ces régions au cours des prochaines décennies. Pour pallier au manque de stations météorologiques affectant les hautes latitudes, la télédétection spatiale est une alternative intéressante, offrant une couverture spatiale quasi-globale. Ce projet s'inscrit dans le développement de méthodes pour extraire de ces données des informations relatives à la surface des latitudes nord (>50°N). Pour cela, les données du capteur SSM/I (special sensor microwave imager), situées dans la gamme spectrale des micro-ondes, présentent certains avantages : indépendantes des radiations solaires ; faible influence atmosphérique. L''approche basée sur les températures de brillance à 19 et 37 GHz, aboutit à trois paramètres géophysiques de surface : une cartographie quotidienne de l'étendue du couvert nival de 1988 à 2002 ; une étendue de l'eau de surface (étendues d'eau libre, petits lacs, réservoirs, milieux humides associés à une végétation peu dense) ; une température caractérisant la surface et l'air proche du sol. Pour pallier à la variation quotidienne de l'heure d'acquisition des données satellites, une méthode de normalisation des températures aboutit à une serie horaire. Ceci permet l' étude d'indicateurs climatiques, comme la somme des degrés jours positifs. Les tendances confirment les tendances climatiques observées : augmentation de la température (+0. 8 +/- 0. 4 °c pour l'ensemble du territoire canada/alaska entre 1992 et 2002) et diminution de la superficie du couvert nival. Ces bases de données originales présentent également un intérêt pour la validation des modèles de climat à l'échelle régionale.

Observing sub-polar ecosystems is important as they are suspected to change significantly in response to the expected increase in temperature for the next decades. To bypass the lack of meteorological stations in the Northern High Latitudes, remote sensing is an interesting alternative tool, covering almost the entire area. This project deals with the development of a method to derive surface parameters (>50°N) from satellite data. For this study, brightness temperature data acquired by the SSM/I (Special Sensor Microwave Imager) in the microwave spectrum are used because they are independent of solar radiation and weakly influenced by the atmosphere. Methods used are based on brightness temperatures measured at 19 and 37 GHz, which allow to derive three geophysical parameters related to climate variability : daily maps of snowcover between 1988 and 2002 ; a water surface extent (open water, small lakes, reservoirs, wetlands associated with low vegetation) ; a temperature characterizing the surface and the air above the ground. A method to normalize the temperature is presented to overcome the variation of the time of measurement. It leads to hourly series of temperature, This allows to study climate indicators such as the annual sum of positive degree days. Trends confirm observed climate evolution : increase of surface temperature (+0. 8 +/- 0. 4 °C for Canada/Alaska between 1992 and 2002), decrease in snow extent cover. These original databases could also be useful for validation of regional climate model.