Etudes des signatures spectrales micro-ondes obtenues par télédétection sur la calotte polaire antarctique : comparaison avec des données de terrain et modélisation de l'émissivité de la neige - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1993

Study of microwave spectral signatures measured by remote sensing over the Antarctic ice sheet. Comparison with ground data and wlth a snow emissivity model.

Etudes des signatures spectrales micro-ondes obtenues par télédétection sur la calotte polaire antarctique : comparaison avec des données de terrain et modélisation de l'émissivité de la neige

Résumé

Because of its great size, the Antarctic Ice Sheet represents a considerable fresh water resource. Furthermore, it interacts with the global climate and its old ice contains information on past climates. However, the sign of it mass balance is actually unknown. Microwave radiometers are valuable tools for studying the snow coyer because they provide useful data regardless of the weather, and because they penetrate the snow and give access to its characteristics from one to a few meters deep. The snow parameters (temperature, density and grain size) are linked to the climate parameters such as snow accumulation rate or temperature. Therefore, the objective is to retrieve the different snow characteristics from the microwave signatures. The satellite data that we used came from the Scanning Multichannel Microwave Radiometer (aboard the satellite Nimbus 7, 1978-86). As a first step, we compared ground data with the SMMR data. The polarization differences are affected by the stratification of snow (number and nature of layers); large polarization ratios correspond to strong stratification, mainly for the lower frequencies. The frequency gradients are linked to the grain sizes as determined from detailed stratigraphies; the larger the grain size, the smaller is the frequency gradient between 6.6 and 18 GHz. As a second step, we develop a microwave snow emissivity modal. The model is based on the solution of Maxwell's equations through strong fluctuation theory (Stogryn, 1986). An analytical solution is used where the snow is taken as uniform throughout its depth. * A numerical solution is required when snow characteristics change with depth. The snow is considered isothermal with horizontal stratification, isotropic inside each stratum, and with smooth interfaces. The model is used to study the sensitivity of snow density, snow grain size and stratification on the spectral signatures. Results are compared with observed signatures.
Les études sur l'Antarctique sont motivées par l'interprétation des données que renferme la glace ancienne sur les climats passés et sur les possibles interactions entre la calotte et un éventuel changement climatique. Les radiomètres micro-ondes sont des instruments bien adaptés pour l'étude de la neige, car ils sont indépendants des conditions nuageuses et d'éclairement. Lorsque la neige est sèche, ils sont à même de fournir des informations en profondeur. Les caractéristiques du manteau neigeux (température, densité et taille de grains) sont liées aux processus de dépôt et leur évolution dépend des conditions climatiques. Ce sont ces caractéristiques, déterminantes vis à vis de la signature spectrale de la neige, que nous cherchons à évaluer à partir des données de télédétection. Les données utilisées proviennent du Scanning Multichannel Microwave Radiometer à bord du satellite Nimbus 7 (1978-86). Dans un premier temps, ces mesures ont été comparées à des données de terrain. A une forte stratification du manteau neigeux correspond une grande différence entre les polarisations verticale et horizontale, surtout pour les fréquences 6.6 et 10.7 GHz. On a trouvé aussi une forte corrélation entre la valeur moyenne de la taille des grains sur 0-2 mètres et la différence de comportement entre les fréquences 18 et 6.6 GHz (gradient en fréquence). Dans une seconde étape, nous avons modélisé l'émissivité microonde de la neige. Le modèle est basé sur la résolution des équations de Maxwell au travers de la théorie des fortes fluctuations (Stogryn 1986). Une solution analytique a été développée dans le cas d'un milieu uniforme en profondeur. Lorsque les caractéristiques de la neige changent en fonction de la profondeur, la solution fait appel à une résolution numérique. Le manteau neigeux est considéré isotherme, stratifié horizontalement et isotrope à l'intérieur de chaque strate. Les résultats du modèle font apparaitre plus clairement les contributions de la densité de la neige, de la taille des grains et surtout de la stratification sur les signatures spectrales.
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Dates et versions

tel-00765202 , version 1 (14-12-2012)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00765202 , version 1

Citer

Sylviane Surdyk. Etudes des signatures spectrales micro-ondes obtenues par télédétection sur la calotte polaire antarctique : comparaison avec des données de terrain et modélisation de l'émissivité de la neige. Glaciologie. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 1993. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00765202⟩
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