Analyse multirésolution du Transfert Radiatif en milieu hétérogène: application de la méthode de Galerkin-ondelettes à l'Equation du Transfert Radiatif - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2003

Multiresolution analysis of Radiative Transfer through inhomogeneous medium: Wavelet_Galerkin method applied to the Radiative Transfer Equation

Analyse multirésolution du Transfert Radiatif en milieu hétérogène: application de la méthode de Galerkin-ondelettes à l'Equation du Transfert Radiatif

Résumé

Radiative transfer in cloudy atmosphere is essential in climate study. Regarding its non-linear and multiscale aspects, one of the di±culties of radiative transfer is to account for spatial he- terogeneities of cloud microphysic properties (horizontal variability, geometric heterogeneity), from both theoretical and numerical points of view. In order to answer these problems, we use a wavelet multiresolution analysis in a Galerkin method applied to the radiative transfer equation. This method yields the formalization of radiative transfer in heterogeneous medium by differentiating the elementary interaction processes betwen the radiation field and the medium, described by connection coefficients. This rewriting leads us to build a code, designed as an "instrument model", a tool that analyses scale problems in radiative transfer. The results have been validated with Monte Carlo and SHDOM codes. First simulations demonstrate the interest of this approach to quantify additional radiative sources at approximation pixel scale due to scale interactions, and for the original study of 3D radiative effects. This new approach opens up applications in the current studies concerning the limitations of existing codes and inversion procedures (pixel size, vertical homogenity hypothesis, ..), and can give rise to the making of cloud heterogeneity parameterisation.
La prise en compte des nuages est essentielle dans l'étude du climat, en particulier leur rôle radiatif. A cause de ses aspects non-linéaire et multiéchelle, une des difficultées du transfert radiatif tient à la prise en compte des hétérogénéitées spatiales des propriétées microphysiques (variabilité horizontale, hétérogénéitée géométrique, ...), tant d'un point de vue théorique que numérique. Afin de répondre à cette problématique, nous utilisons ici l'analyse multirésolution de type ondelette dans une méthode de Galerkin appliquée à l'Equation du Transfert Radiatif. Cette méthode permet de formaliser le problème du transfert radiatif en milieu hétérogène en distinguant les processus élémentaires d'interaction entre le champ de rayonnement et le milieu nuageux, décrits par des coefficients de connexion. Cette réécriture a conduit à la mise au point d'un code de calcul, conçu comme un "modèle instrument", un outil d'analyse des problèmes d'échelle en transfert radiatif. Les résultats ont été validés par rapport aux codes Monte Carlo et SHDOM. Des premières simulations ont montré l'intérêt de cette approche pour quantifier les sources radiatives additionnelles à l'échelle de pixels dits d'approximation dues aux couplages locaux entre les echelles, et étudier les effets radiatifs 3D. Cette nouvelle approche ouvre des possibilités d'application aux études en cours sur les limitations des codes de calcul existants et des techniques d'inversion de mesures satellites, et peut amener à la définition de paramétrisation multichelle des hétérogénéités nuageuses.
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Citer

Nicolas Ferlay. Analyse multirésolution du Transfert Radiatif en milieu hétérogène: application de la méthode de Galerkin-ondelettes à l'Equation du Transfert Radiatif. Sciences de la Terre. Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2003. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00010894⟩
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