optique des couches d’a´erosols et donc leur effet radiatif augmente pour un rayonnement solaire oblique. La surface de la r´egion ´etudi´ee correspond `a environ 1/20`eme de la surface du globe. Ces a´erosols sont observ´es environ trois mois par an dans cette r´egion. En for¸cage global, on s’attend donc `a une contribution au for¸cage global comprise entre environ +0, 15 et +0, 05 W.m−2 en fonction de la valeur moyenne de l’albedo de diffusion simple auquel il faut ajouter le for¸cage n´egatif en air clair [Schulz et al., 2006].
Pour l’a´erosol urbain en air clair, on obtient des valeurs compatibles avec ce qui est calcul´e dans le rapport de l’IPCC 2007. Bien que les a´erosols soient de types diff´erents, ils sont pr´esents sur d’autres r´egions du globe, et ceci est une indication suppl´ementaire que l’effet direct pourrait ˆetre mal pris en compte dans les analyses usuelles.
Dans l’id´eal, il faudrait un nombre d’observations avec une r´esolution spatiale et temporelle plus importante pour ˆetre sur de bien caract´eriser le for¸cage radiatif. Cependant, on a vu que les valeurs moyennes des ´epaisseurs optiques ne variaient pas ´enorm´ement dans les donn´ees MODIS prises sur la trace et sur toute la fauch´ee (figure V.18). Mˆeme si ces donn´ees sont mesur´ees au-dessus de l’oc´ean, elles nous donnent une id´ee des variations des caract´eristiques des a´erosols sur des ´echelles plus importantes que les traces de l’A-Train. On a vu que les diff´erences induites en prenant les valeurs moyennes et les distributions statistiques proprement dites sont de l’ordre de 10% avant prise en compte des fractions nuageuses et des variations d’angle z´enithal. C’est `a peu pr`es cet ordre de grandeur que nous attendons d’une prise en compte plus pouss´ee des variations spatiales et temporelles, et on peut affirmer que le probl`eme vient des nuages.
En effet, on s’attend `a ce que la charge en a´erosols varie sur des ´echelles typiques de quelques jours par les ph´enom`enes de s´edimentation et d’advection `a grande ´echelle, alors que la cou-verture nuageuse peut varier beaucoup plus rapidement sur des ´echelles beaucoup plus fines caus´ees par des variations locales. Si on n´eglige l’influence des effets 3D aux bords des nuages, l’´epaisseur optique et la fraction nuageuse introduisent les variations les plus importantes dans le for¸cage radiatif r´esultant. Il est donc important de connaˆıtre la repr´esentativit´e des mesures effectu´ees par les traces de l’A-Train par rapport aux statistiques de la r´egion pour calculer un for¸cage `a haute r´esolution spatiale et temporelle. Des outils comme MSG et les observations des satellites g´eostationnaires permettront d’affiner cette premi`ere approche.
V.C Conclusion
En conclusion, nous avons pu montrer qu’il ´etait diff´erent de calculer des for¸cages radiatifs `a partir de mesures moyennes sur une r´egion donn´ee par rapport `a l’utilisation d’une statis-tique de mesure plus pr´ecise et que la valeur du for¸cage r´esultant varie. Ceci constitue un apport notable de l’importante statistique de mesure offerte par les mesures spatiales. Tou-tefois, une premi`ere analyse `a partir des valeurs moyennes offre une estimation acceptable. Il sera n´ecessaire de conduire des investigations suppl´ementaires pour r´eduire l’incertitude sur les param`etres cl´es et variant rapidement, `a savoir essentiellement la fraction nuageuse et les propri´et´es radiatives des nuages. En effet, les a´erosols de pollution sont ´egalement tr`es absor-bants et conduisent `a des effets similaires `a ceux des a´erosols de combustion, et il sera donc n´ecessaire d’´etudier ce ph´enom`ene pour bien comprendre l’effet du for¸cage anthropique sur le climat.
Chapitre VI
Conclusions et perspectives
Ce travail de th`ese a permis le d´eveloppement de nouvelles m´ethodes d’analyse des signaux provenant des instruments actifs radar et lidar a´eroport´es et spatiaux s’appuyant sur l’utili-sation de l’´echo de surface oc´eanique et nuageux.
Ceci nous a permis de montrer les probl`emes que posent l’´etalonnage absolu du lidar et du radar, mais que cet objectif pouvait ˆetre atteint avec un rapport signal sur bruit bien plus important que les proc´edures standard actuellement utilis´ees et qu’il permettra d’am´eliorer les produits op´erationnels des instruments de l’A-Train.
Ces m´ethodes permettent ´egalement de d´eterminer les param`etres microphysiques et radiatifs des nuages et des a´erosols. Ainsi, en utilisant la r´ef´erence d’´echo de surface du radar ou du radiom`etre micro-onde AMSR-E nous pouvons restituer l’´epaisseur optique des a´erosols sans faire d’hypoth`ese sur leur microphysique, de nuit comme de jour et avec un rapport signal sur bruit in´egal´e jusqu’`a pr´esent. Une proc´edure similaire permet d’obtenir le contenu en eau liquide int´egr´e des nuages d’eau liquide. La connaissance de la r´eflectance de surface quelle que soit la charge en a´erosols a des implications importantes pour estimer l’albedo de diffusion simple des a´erosols, qu’il sera possible de d´evelopper plus avant.
Nous avons utilis´e diff´erentes m´ethodes de mesure de l’´epaisseur optique des a´erosols et nous avons compar´e les r´esultats `a diff´erentes ´echelles de temps et d’espace. L’´etude r´egionale a montr´e un bon accord g´en´eral entre les restitutions MODIS et CALIPSO-CLOUDSAT (CCSRM), avec un biais aux faibles ´epaisseurs optiques. Une partie de cette erreur peut provenir des hypoth`eses de la r´eflectance de surface et de la microphysique des a´erosols ef-fectu´ees par l’inversion des r´eflectances MODIS. Les r´esultats donn´es par MODIS et CCSRM montrent une certaine coh´erence avec ceux obtenus par WCM aux jonctions oc´ean-nuages qui est assez encourageante pour la validit´e de la m´ethode.
Ces m´ethodes n’ont pas encore d´emontr´e tout leur potentiel. Nous avons commenc´e `a les utiliser pour restituer le rapport lidar dans les couches d’a´erosols pour diff´erencier les diff´erents types d’a´erosols en fonction de leur taille. L’utilisation de ce genre de proc´edure pourrait `a terme permettre de mieux diff´erencier la composition d’un ensemble multicouche d’a´erosols. Un avantage par rapport aux produits de la radiom´etrie est que cette restitution est effectu´ee `a l’´echelle de la tache du laser (70 m pour CALIOP) et que l’information sur la verticale permet de savoir avec pr´ecision si un nuage est observ´e ou non, alors que les pixels de la radiom´etrie peuvent identifier comme claires des zones avec quelques nuages ´epars. La fiabilit´e de cette m´ethode ne changeant pas avec les propri´et´es microphysiques de la couche, elle peut ˆetre appliqu´ee `a la mesure de l’´epaisseur optique des nuages de glace semi-transparents. Nous avons utilis´e toutes ces m´ethodes pour montrer que la prise en compte de l’´epaisseur optique des a´erosols au-dessus des nuages du Golfe de Guin´ee est essentielle `a une bonne
CHAPITRE VI. CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES
compr´ehension des for¸cages climatiques de cette r´egion. Nos premiers r´esultats montrent que le for¸cage r´egional est positif comme attendu, mais la contribution de r´egions ayant des propri´et´es similaires pourrait ˆetre plus importante que ce qui ´etait suppos´e par les ´etudes pr´ec´edentes effectu´ees `a partir des mesures a´eroport´ees. Ce r´esultat est hors de port´ee des produits radiom´etriques actuels et constitue une avanc´ee notable offerte par l’utilisation des nouvelles m´ethodes de mesure impliquant les lidars spatiaux. Il demande `a ˆetre affin´e par une am´elioration du mod`ele d’a´erosol utilis´e (notamment par la d´etermination de l’albedo de simple diffusion) et ´egalement une meilleure connaissance entre le rapport statistique des traces de l’A-Train avec la statistique de la r´egion. Nous avons montr´e que les m´ethodes d’analyse pou-vaient ˆetre am´elior´ees en utilisant les informations sur la couverture nuageuse `a petite ´echelle et des investigations suppl´ementaires seront n´ecessaires pour comprendre l’impact global. Un autre point consiste `a am´eliorer la d´etermination de l’´epaisseur optique nuageuse τN en pr´esence d’a´erosols. L’incertitude sur τN induit en effet un biais n´egatif sur la quantification du r´echauffement r´egional associ´e. Le d´eveloppement d’un tel produit constitue ´egalement une ´etape importante pour pouvoir ´etudier le second effet indirect des a´erosols `a partir des obser-vations spatiales. Une fa¸con extrˆemement simple d’atteindre cet objectif serait d’am´eliorer les produits d’´epaisseur optique developp´es dans cette th`ese avec les algorithmes de restitution du radiom`etre MODIS.
Ces ´etudes exploratoires ouvrent la voie `a de futures missions spatiales utilisant uniquement l’´echo de surface et des nuages et en extrayant des informations importantes et critiques. Ce genre de mission demanderait moins d’´energie et donc un budget plus faible que les missions actuelles, permettant d’envisager de multiplier les plates-formes pour construire une constel-lation de satellite.
Annexe A
Compl´ement
On trouvera ci-apr`es quelques g´en´eralit´es sur les a´erosols et les nuages, et nous allons y intro-duire un certain nombre de notions utiles `a la compr´ehension de la th`ese.
A.A Les a´erosols
Nous allons tout d’abord d´efinir ce qu’est un a´erosol et ce qu’on appelle le coefficient d’Angtr¨om, ensuite nous introduirons une fa¸con de caract´eriser les a´erosols en fonction de leur processus de formation.