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Séminaire de Frédéric Szczap au LATMOS-Guyancourt (Amphithéâtre Gérard Mégie), mercredi 11 mars 2015, 11h

Titre:Effets des hétérogénéités nuageuses sur les observables des systèmes LIDAR et RADAR Doppler sur plateformes satellite.

Orateur: Frédéric Szczap (Laboratoire de Météorologie Physique)

Les nuages atmosphériques terrestres présentent de grandes variations tridimensionnelle (3D) de leurs propriétés microphysiques (spectre dimensionnel des gouttelettes d’eau liquide, des cristaux de glace et de leurs formes, répartition spatiale de la phase eau et glace pour les nuages à phase mixte), géométriques (couverture fractionnaire, bosses, structures, textures, épaisseur géométrique), hydrologiques (taux de précipitation) et dynamiques (vitesse du vent) à différentes échelles spatiales.

Les systèmes LIDAR et RADAR embarqués sur les plateformes satellite (A-train, EarthCARE) sont des outils extrêmement intéressants pour améliorer nos connaissances sur la climatologie des nuages. Pour des raisons pratiques, l’interprétation des mesures des systèmes LIDAR et RADAR repose sur aux moins deux hypothèses simplificatrices. La première consiste à négliger les effets de la diffusion multiple. La deuxième idéalise la distribution spatiale les propriétés optiques et dynamiques des nuages : elles sont, pour chaque pixel d’observation, considérées horizontalement homogènes entre deux plans parallèles infinis. Ceci implique, aussi, que l’effet radiatif des pixels voisins est négligé. Afin d’interpréter de manière optimale ces mesures, il faut, dans un premier temps, quantifier les effets de la diffusion multiple et les effets radiatifs des nuages hétérogènes 3D sur le rayonnement polarisé mesuré par les systèmes LIDAR et RADAR. La méthodologie classiquement utilisée dans la communauté du transfert radiatif 3D, basé sur la simulation numérique intensive, consiste à comparer les observables LIDAR et RADAR (coefficient de rétrodiffusion, rapport de dépolarisation, facteur de réflectivité, vitesse Doppler, etc…) d’un champ nuageux 3D à celles du champ nuageux homogène (1D) avec les mêmes propriétés optiques moyennes.

Un simulateur 3D de système LIDAR et RADAR Doppler, développé au LaMP en étroite collaboration avec le LOA, est en cours de validation. Il est basé sur le code de transfert radiatif de type Monte-Carlo 3DMCPOL (Cornet et al., 2010), initialement développé pour simuler les radiances au sommet de l’atmosphère. Des modifications importantes ont été réalisées pour prendre en compte la divergence du LASER du système LIDAR ou la forme gaussienne de l’antenne émettrice/réceptrice d’un système RADAR, pour calculer le profil vertical du coefficient de rétrodiffusion apparent, de la réflectivité apparent et du spectre Doppler apparent. Des méthodes de réductions de variance (Buras et al., 2011), nécessaires pour simuler le système LIDAR, ont été ajoutées. Nous montrerons des comparaisons entre des sorties de notre modèle et celles simulées par le modèle de Hogan (2008), de Battaglia (2008, 2011) pour des conditions atmosphériques idéalisées, en particulier dans la configuration du LIDAR CALIOP/CALIPSO, du CRP/CloudSat et du CPR/EarthCARE. On présentera aussi un résultat préliminaire sur l’effet 3D des cirrus générés par 3DCLOUD (Szczap et al., 2014) sur les observables du système LIDAR CALIOP/CALIPSO.