Les différents domaines spectraux des instruments de mesure et de la sortie de Heliosat-4

Heliosat-4

Les sorties de Heliosat-4 sont les éclairements totaux pour le domaine spectral de 0,240 µm à 4,606 µm. Cependant, les fenêtres spectrales des pyranomètres et pyrhéliomètres utilisées dans les stations choisies ne correspondent pas exactement à cette gamme spectrale (cf. tableau 6.11).

Eclairement global horizontal Eclairement direct normal

Pyranomètre Gamme (µm) Pyrhéliomètre Domaine (µm)

Kipp & Zonen, CM11

0,285 - 2,800 Kipp & Zonen, CH1 0,200 à 4,000 Kipp & Zonen, CM21

Eppley, PSP 0,295 - 2,800 Eppley, NIP 0,295 - 2,800

Tableau 6.11 : fe t es spe t ales des i st u e ts de esu e pou l’é lai e e t glo al et di e t. Nous n'avons pas directement adapté les sorties de Heliosat-4 aux différentes gammes de sensibilités spectrales des instruments de mesure pyranométrique. Cependant, cette différence de sensibilité spectrale introduit sans doute un biais systématique dans les résultats de la validation.

Afin d'avoir une idée sur l'ordre de grandeur des erreurs en raison des différentes sensibilités spectrales des moyens de mesure, nous avons considéré les 32 éclairements spectraux suivant les bandes spectrales proposées par Kato et al. (1999) qui composent in fine _{l’é lai e e t total al ulé}

141 par Heliosat-4. Le pou e tage d’é lai e e t pou ha ue a de est al ulé e o e a t les résultats de simulations effectuées avec libRadtran avec différentes compositions atmosphériques en e t ée. L’é lai e e t total utilisé pou o pa e ave les esu es au sol est ensuite recalculé en effectuant la somme des éclairements correspondants aux fenêtres spectrales du tableau 6.2, selon les différentes caractéristiques des instruments de mesure.

La figure 6.36 présente la comparaison entre les biais calculés en utilisa t l’é lai e e t glo al total calculé par Heliosat-4 suivant la sensibilité spectrale de 0,24-4,606 µm et les biais calculés en utilisant l’é lai e e t adapté à la ga e des différents instruments de mesure suivant une décomposition e pi i ue de l’éclairement total en 32 bandes de Kato. En adaptant la gamme spectrale de la sortie de Heliosat-4 à celle des instruments de mesure, nous pouvons réduire le biais pour toutes les stations de 2 à 7 W m-2. Bien que la méthode empirique de la décomposition ne soit pas très précise et introduit sans doute une incertitude, les résultats présentés dans la figure 6.36 montre l'ordre de grandeur du biais positif supplémentaire de l'ordre de 5 W m-2 liée à la différence de sensibilité spectrale entre les capteurs pyranométriques et Heliosat-4.

Figure 6.36 _{: Co pa aiso de la pe fo a e e t e le iais al ulé e utilisa t l’é lai e e t gl oal} total calculé par Heliosat-4 avec la gamme spectrale de 0,24-4,606 µm et le biais calculé en utilisant

l’é lai e e t adapté ap s la dé o positio e pi i ue e t l’é lai e e t total de Heliosat-4 en 32 bandes spectrales de Kato et al. (1999), pou l’é lai e e t glo al total.

Les ésultats si ilai es pou l’EQM pou l’é lai e e t glo al so t p ése tés da s la figu e 6.37. Une lég e a élio atio e te es d’EQM est e a uée pou toutes les statio s.

Concernant l'éclairement direct, le pyrhéliomètre de type Kipp & Zonen CH1 peut mesurer l’é lai e e t di e t jus u’à 4 µm, ce qui est déjà proche de la limite supérieure de la sensibilité de Heliosat-4 qui est de 4,606 µm. La part de l'éclairement situé entre 4 µm et 4,606 µm est faible et peut être considérée comme négligeable. La plupart des stations de mesure choisies dans nos études utilisent le pyrhéliomètre Kipp & Zonen, CH1 com e l’i st u e t de esu e pou l’é lai e e t direct.

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Cependant, il y a quelque stations qui utilisent le pyrhéliomètre Eppley NIP qui a une sensibilité spe t ale oi s éte due. Pou es statio s, ous atte do s d’avoi le e o d e de g a deu des e eu s i puta les aux diffé e es de se si ilité spe t ale ue elui esti é pou l’é lai e e t glo al.

Figure 6.37 : Comparaison de la pe fo a e e t e l’EQM al ulée e utilisa t l’é lai e e t total calculé par Heliosat-4 avec la gamme spectrale de 0,24-4,606 µ et l’EQM al ulée e utilisa t l’é lai e e t adapté ap s la dé o positio e pi i ue e t l’é lai e e t total de Heliosat-4 en

32 bandes spectrales de Kato et al. (1999), pou l’é lai e e t glo al total.

6.3. Conclusion

La première validation de la méthode Heliosat-4 montre une bonne performance pour les stations dése ti ues et édite a ées ave l’e eu EQM de moins de 20 % pou l’é lai e e t glo al horizontal horaire et moins de 30 % pou l’é lai e e t di e t ho izo tal et o al. Le iais est généralement faible pour ces stations

Pour les stations au climat océanique, la performance de Heliosat-4 est oi s élevée ave l’e eur EQM entre 20 % et 30 % pou l’é lai e e t glo al ho ai e et d’e vi o % pou l’é lai e e t di e t pour la plupart des stations. Le biais est relativement élevé pour les stations au climat océanique, probablement due à la présence fréquente des nuages fragmentés ou épars.

La qualité des entrées a une influence primordiale sur la performance de Heliosat-4. Parmi tous les pa a t es d’e t ée, les i fo atio s su les uages et su les aé osols so t les plus i po ta tes, o e ous l’avo s dis uté. Pour le produit de nuage calculé à partir des images de SEVIRI de MSG, l’esti atio des p op iétés de uages épa s ou f ag e tés est toujou s u défi à ause de la structure complexe du nuage et de la limite des résolutions spatiale et temporelle. La détection du nuage peut également être perturbée par la méconnaissance des propriétés optiques de la surface du pixel, parfois due à la présence de neige ou bien un angle zénithal solaire élevé, ou encore de la température de la surface. Des erreurs proviennent aussi d’app oxi atio s su la phase des nuages, de l’é lai e e t i u solai e et de diffé e e e t e la se si ilité spe t ale des i st u e ts de mesure et celle de Heliosat-4.

143 Des a élio atio s de la ualité de p oduit de uage et d’aé osol se o t faites da s le futur. Nous pourrons ainsi profiter de ces amélioration pour renforcer les performances de Heliosat-4 en général et de McClear et McCloud en particulier.

incident au sol

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Chapitre 7 : Comparaison de Heliosat-