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Estimation des concentrations de glace de mer, à partir des observations microondes basses fréquences

Description

Au cours des 25 dernières années, l'augmentation de la température de l'air en Arctique a été deux fois plus forte qu’ailleurs sur la planète, entrainant des changements spectaculaires dans ces régions. L’étendue et l’épaisseur de la banquise arctique ont considérablement diminué, surtout pendant l’été. Les modèles climatiques régionaux / globaux couplés ne parviennent toujours pas à reproduire ce déclin: ils sous-estiment la réduction observée de la glace de mer, montrant que les processus physiques et les mécanismes de rétroaction ne sont pas encore bien représentés. L'amplification dite arctique a des répercussions sur les basses latitudes, mais la prévision de ces modèles est encore inadéquate.

Depuis les années 70, les imageurs microondes passifs fournissent une estimation de l’étendue des glaces de mer (IPCC 2013) et c’est l’une des plus longues séries climatiques obtenues par satellites. Ces données microondes entre 6 et 37 GHz ne sont pas ou peu affectées par les nuages et ne dépendent pas de la lumière solaire. Cependant, la qualité des estimations de la concentration en glace de mer est encore limitée, essentiellement à cause de la résolution spatiale des instruments. Les hautes fréquences microondes (> 30 GHz) permettent déjà une bonne résolution spatiale, mais sont affectées par les perturbations atmosphériques et moins sensibles au signal de la glace. Les basses fréquences microondes (<11 GHz) permettent une meilleure précision de l’estimation, mais avec une résolution spatiale dégradée. Les algorithmes d’estimation des glaces de mer ne sont pas pour le moment optimisés pour exploiter conjointement la sensibilité radiométrique des basses fréquences et la résolution spatiale des hautes fréquences.

Une nouvelle mission est actuellement en cours d’étude pour les prochaines générations de missions satellites (Copernicus Imager Microwave Radiometer, CIMR), avec des fréquences entre 1.4 et 37 GHz. C’est l’occasion de développer de nouveaux algorithmes de caractérisation des glaces de mer, qui pourront bénéficier ces nouveaux instruments mais aussi les observations déjà existantes (par exemple d’AMSR-E et AMSR-2).

Dans un premier temps, une analyse fine des algorithmes existants sera conduite. On travaillera tout particulièrement à étudier les bases de données qui contiennent des observations satellites existantes (AMSR) en coïncidence avec des estimations in situ de la concentration des glaces de mer. Ces bases de données donnent directement accès à la sensibilité des observations aux caractéristiques de la glace. Elles sont déjà utilisées dans l’étalonnage des algorithmes, mais pas toujours de façon optimale. Nous proposons ici de revisiter l’utilisation de ces bases et de développer des algorithmes qui profitent de cette riche information.

Dans un second temps, la question de la résolution spatiale des observations sera examinée. Il s’agit de combiner des mesures satellites de différentes résolutions, en profitant de la sensibilité des basses fréquences, sans perdre le bénéfice de la résolution spatiale des hautes fréquences. Ceci est un problème général en télédétection et mérite une attention toute particulière. On prendra grand soin de quantifier les erreurs issues des nouveaux algorithmes développés et de les comparer à l’existant.

Enfin, les méthodes développées seront appliquées aux données AMSR sur les 15 dernières années et comparées aux estimations des étendues de glace déjà disponibles.  Ce travail se fera en relation étroite avec les groupes qui produisent actuellement ces données (par exemple, Bremen University, https://seaice.uni-bremen.de/sea-ice-concentration/) et avec les utilisateurs (par exemple l’IFREMER).  

Profil

Solides connaissances en physique, si possible dans le domaine de la télédétection ou des sciences de la Terre. Bonne connaissance de l'analyse statistique des données. Maîtrise d'au moins un langage de programmation informatique.

Description de la structure
Laboratoire d'accueil : Observatoire Paris, Paris
Directeur(rice) de thèse/recherche : PRIGENT Catherine
E-mail du directeur(rice) de thèse/recherche : catherine.prigent@obspm.fr
Responsable Cnes de l'offre : LIFERMANN Anne

Pour postuler à cette offre, nous vous invitons à vous rapprocher du directeur/rice de thèse et compléter avec son aide la partie cofinancement  du formulaire en ligne (Répondre à l’offre)  pour le 1er avril 2019.

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