Le principal objectif de ce travail de thèse est d'étudier la faisabilité de restitution des profils atmosphériques de température et d'humidité au-dessus des surfaces continentales à partir des mesures des sondeurs micro-onde passives et principalement des mesures AMSU-A et B. <br />En effet, si les mesures AMSU sont assimilées de façon opérationnelle au-dessus des océans, elles restent cependant, insuffisamment exploitées au-dessus des continents. L'émissivité des continents est souvent élevée (proche de 1.0) et trés variable avec les caractristiques de la surface. Par conséquent, il est difficile de séparer les contributions relatives de la surface et de l'atmosphère aux rayonnements mesurés par les capteurs satellitaires. <br />Pour cette raison, une partie importante de ce travail a été consacrée à l'estimation de l'émissivité de surface aux fréquences AMSU (23-150 GHz) et aux angles d'observation de ces instruments (de -58° +58° par rapport au nadir). Les calculs de l'missivit de surface ont été menés sur le globe en utilisant les données non nuageuses de l'année 2000. <br />Les émissivités AMSU ainsi obtenues ont été évaluées en examinant leurs dépendances angulaires et spectrales et par comparaison aux émissivités SSM/I.. <br />Toutes ces analyses ont permis le développement d'une paramètrisation de l'émissivité de surface valable pour des fréquences allant de 23 à 150 GHz et pour des angles d'observation satellite pouvant atteindre 58°. <br />Par la suite et avec une bonne connaissance de la surface (émissivité et température de surface), la faisabilité de l'inversion des profils de température et d'humidité atmosphériques à partir des observations AMSU a été étudiée en réalisant une étude de contenu en information. Cette étude a montré que les mesures issues des instruments AMSU quand elles sont combinées avec des estimations fiables de l'émissivité et de la température de surface, permettent l'amélioration des restitutions de température et d'humidité atmosphériques surtout dans les basses couches.

In this study, a month-long simulation of gravity waves over North America and North Atlantic Ocean is performed using the mesoscale model MM5 for January 2003, verified with Advanced Microwave Sounding Unit-A (AMSU-A) radiance observations in the upper troposphere and lower stratosphere. According to the monthly mean statistics, four regions of strong gravity wave activities are found both in the simulation and the AMSU-A observations: northwestern Atlantic, Appalachian Mountains, Rocky Mountains and Greenland, respectively. Those over the northwestern Atlantic Ocean are strongly associated with the midlatitude baroclinic jet-front systems, while the other three regions are apparently collocated with high topography. Imbalance diagnosis and numerical sensitivity experiments of a strong gravity wave event during January 18-22 show that the gravity waves are strongly linked to the unbalanced flow in the baroclinic jet-front system. The gravity waves are usually radiated from the upper tropospheric jet exit region with maximum nonlinear balance equation residual ( Δ NBE; key indicator of flow imbalance), distinctly different from other surface sources. Flow imbalance related strongly to tropopause folding and frontogenesis of the large-scale background flow. Similar wave characteristics are simulated in experiments with different microphysics and grid resolutions. The Δ NBE is again shown to be a good predictor for jet-front related gravity waves, suggesting its potential application to gravity wave parameterizations for global and climate models.

Le principal objectif de ce travail de thèse est d'étudier la faisabilité de restitution des profils atmosphériques de température et d'humidité au-dessus des surfaces continentales à partir des mesures des sondeurs micro-onde passives et principalement des mesures AMSU-A et –B. En effet, si les mesures AMSU sont assimilées de façon opérationnelle au-dessus des océans, elles restent cependant, insuffisamment exploitées au-dessus des continents. L'émissivité des continents est souvent élevée (proche de 1.0) et très variable avec les caractéristiques de la surface. Par conséquent, il est difficile de séparer les contributions relatives de la surface et de l'atmosphère aux rayonnements mesurés par les capteurs satellites. Pour cette raison, une partie importante de ce travail a été consacrée à l'estimation de l'émissivité de surface aux fréquences AMSU (23-150 GHz) et aux angles d'observation de ces instruments (de -58° à +58° par rapport au nadir). Les calculs de l'émissivité de surface ont été menés sur le globe en utilisant les données non nuageuses de l'année 2000. Les émissivités AMSU ainsi obtenues ont été évaluées en examinant leurs dépendances angulaires et spectrales et par comparaison aux émissivités SSM/I. Toutes ces analyses ont permis le développement d'une paramétrisation de l'émissivité de surface valable pour des fréquences allant de 23 à 150 GHz et pour des angles d'observation satellite pouvant atteindre 58°. Par la suite et avec une bonne connaissance de la surface (émissivité et température de surface), la faisabilité de l'inversion des profils de température et d'humidité atmosphériques à partir des observations AMSU a été étudiée en réalisant une étude de contenu en information. Cette étude a montré que les mesures issues des instruments AMSU quand elles sont combinées avec des estimations fiables de l'émissivité et de la température de surface, permettent l'amélioration des restitutions de température et d'humidité atmosphériques surtout dans les basses couches.