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This thesis describes the construction of a sea surface temperature (SST) dataset from Along-Track Scanning Radiometer (ATSR) observations suitable for climate applications. The algorithms presented here are now used at ESA for reprocessing of historical ATSR data and will be the basis of the retrieval used on the forthcoming SLSTR instrument on ESA’s Sentinel-3 satellite. In order to ensure independence of ATSR SSTs from in situ measurements, the retrieval uses physics-based methods through the use of radiative transfer (RT) simulations. The RT simulations are based on the Reference ForwardModel line-by-line model linked to a new sea surface emissivity model which accounts for surface temperature, wind speed, viewing angle and salinity, and to a discrete ordinates scattering (DISORT) model to account for aerosol. An atmospheric profile dataset, based on full resolution ERA-40 numerical weather prediction (NWP) data, is defined and used as input to the RTmodel. Five atmospheric trace gases (N2O, CH4, HNO3, and CFC-11 and CFC-12) are identified as having temporal and geographical variability which have a significant (∼0.1K) impact on RT simulations. Several additional trace gases neglected in previous studies are included using fixed profiles contributing ∼0.04K to RT simulations. Comparison against ATSR-2 and AATSR observations indicates that RT model biases are reduced from 0.2–0.5K for previous studies to ∼0.1K. A new coefficient-based SST retrieval scheme is developed from the RT simulations. Coefficients are banded by total column water vapour (TCWV) from NWP analyses reducing simulated regional biases to <0.1K compared to ∼0.2K for global coefficients. An improved treatment of the instrument viewing geometry decreases simulated view-angle related biases from ∼0.1K to <0.005K for the day-time dual-view retrieval. To eliminate inter-algorithmbiases due to remaining RT model biases and uncertainty in the characterisation of the ATSR instruments the offset coefficient for each TCWV band is adjusted to match the results from a reference channel combination. As infrared radiometers are sensitive to the skin SST while in situ buoys measure SST at some depth below the surface an adjustment for the skin effect and diurnal stratification is included. The samemodel allows adjustment for the differing time of observation between ATSR-2 and AATSR to prevent the diurnal cycle being aliased into the final record. The RT simulations are harmonised between sensors using a double-difference technique eliminating discontinuities in the final SST record. Comparison against in situ drifting and tropical moored buoys shows the new SST dataset is of high quality. Systematic differences between ATSR retrieved SST and in situ drifters show zonal, regional, TCWV, and wind speed biases are less than 0.1K except for themost extreme cases (TCWV <5 kgm−2). The precision of ATSR retrieved SSTs is ∼0.15 K, lower than the precision ofmeasurement of the global ensemble of in situ drifting buoys. From 1995 onwards the ARC SSTs are stable with instability of less than 5mK year−1 to 95% confidence (demonstrated for tropical regions).

Cette thèse analyse (i) la variabilité pluviométrique contemporaine en Nouvelle-Calédonie et ses téléconnexions avec les températures de surface océanique (TSO) du Pacifique tropical et (ii) l'impact des anomalies atmosphériques sur l'activité des incendies estimés par satellites. L'objectif est de construire un modèle permettant de prévoir l'intensité de la saison des feux entre septembre et décembre (SOND). Le croisement de trois bases de données de feux détectés par satellites avec le réseau des stations météorologiques montre de forts déficits pluviométriques jusqu'à trois mois avant les feux. Ces déficits pluviométriques sont partiellement liés aux phases chaudes du phénomène El Niño Southern Oscillation (ENSO) et plus particulièrement à celles durant lesquelles les anomalies thermiques se situent à proximité de la ligne de changement de date équatoriale lors du printemps austral. Ces anomalies renforcent la circulation moyenne de Hadley et la subsidence au niveau des latitudes néo-calédoniennes. La téléconnexion entre les TSO du Pacifique central et les précipitations du Pacifique SW s'affaiblit à partir du mois de décembre au moment où l'ENSO atteint, paradoxalement, son intensité maximale. Cette modulation saisonnière est le produit d'une interaction entre (i) le cycle saisonnier des TSO brutes dans le Pacifique central, (ii) le cycle de vie des anomalies thermiques des épisodes chauds et (iii) l'intensité du gradient zonal des TSO le long de l'équateur. Une analyse en ondelettes montre que les pluies néo-calédoniennes sont également sensibles à des modes de variations plus lents (> 8 ans) du Pacifique central entre septembre et novembre. / This PhD analyses (i) New Caledonian rainfall variability and its relationships with sea surface temperature (SST) in the tropical Pacific ocean and (ii) the impacts of atmospheric variability on fire activity. Our main goal is to build an empirical statistical scheme for predicting the September to December fires. We examined the relationships between fires detected by ATSR and MODIS sensors and local-scale atmospheric conditions. While the signal in maximum temperature is weak and not robust among the fire records, the local-scale anomalies of rainfall are always clearly negative for at least 3 months before the fires. These rainfall anomalies are related to warm El Niño Southern Oscillation (ENSO) events and specially to those exhibiting highest SST anomalies in the central Pacific during the austral spring. The warm central Pacific events strengthen the southern Hadley cell around New Caledonian longitudes, with positive rainfall anomalies in the equatorial Pacific leading to an anomalous release of latent heat in the upper troposphere and an increased subsidence in the SW Pacific. Atmospheric anomalies are strongest in September–November because of a combination of a rather strong zonal SST gradient with the warmest SST in the equatorial Pacific just west of the dateline. Squared wavelet coherence between New Caledonia rainfall and Niño 4 SST index shows that their negative correlations are mostly carried by two distinct timescales : the classical ENSO variability and a quasi-decadal one, mainly during the September-November season.

Cette thèse analyse (i) la variabilité pluviométrique contemporaine en Nouvelle-Calédonie et ses téléconnexions avec les températures de surface océanique (TSO) du Pacifique tropical et (ii) l'impact des anomalies atmosphériques sur l'activité des incendies estimés par satellites. La Nouvelle-Calédonie figure aujourd'hui parmi les 34 " points chauds " de la biodiversité à l'échelle planétaire. A ce titre, l'un de nos objectifs est de construire un modèle permettant de prévoir l'intensité de la saison des feux entre septembre et décembre, qui correspond au maximum annuel. Le croisement de trois bases de données de feux détectés par satellites (MODIS, ATSR et LANDSAT) avec le réseau des stations météorologiques de Météo-France a montré qu'aucune anomalie thermique significative n'est détectée avant un feu, tandis que de forts déficits pluviométriques par rapport à la normale sont enregistrés jusqu'à trois mois avant le départ des feux. Ces déficits pluviométriques sont partiellement liés aux phases chaudes du phénomène El Niño Southern Oscillation (ENSO) et plus particulièrement à celles durant lesquelles les anomalies thermiques se situent à proximité de la ligne de changement de date équatoriale lors du printemps austral. Ces anomalies renforcent la circulation moyenne de Hadley (via le dégagement de chaleur latente dans la moyenne et haute troposphère) et la subsidence au niveau des latitudes néo-calédoniennes, tandis que les épisodes les plus intenses du siècle dernier (i.e. 1982-83 et 1997-98) dont les anomalies thermiques les plus importantes sont localisées dans le Pacifique oriental, sont associés à des conditions pluviométriques proches de la normale dans le Pacifique sud-ouest (SW). La téléconnexion entre les TSO du Pacifique central et les précipitations du Pacifique SW s'affaiblit à partir du mois de décembre au moment où l'ENSO atteint, paradoxalement, son intensité maximale. Cette modulation saisonnière est le produit d'une interaction entre (i) le cycle saisonnier des TSO brutes dans le Pacifique central, (ii) le cycle de vie des anomalies thermiques des épisodes chauds et (iii) l'intensité du gradient zonal des TSO le long de l'équateur. Par ailleurs, la convection profonde semble particulièrement sensible à la propagation vers l'est des anomalies de TSO faibles-à-modérées au niveau de la ligne de changement de date équatoriale (soit légèrement à l'ouest de la boîte Niño 3.4), modifiant significativement la position et l'intensité de la courroie de transmission des téléconnexions. Une analyse en ondelettes montre que les pluies néo-calédoniennes sont également sensibles à des modes de variations plus lents (> 8 ans) du Pacifique central entre septembre et novembre. La synchronisation entre la saisonnalité des feux et la prévisibilité saisonnière liée à l'ENSO permet d'estimer la surface brûlée totale en septembre-décembre à partir des états thermiques de l'océan Pacifique en juin-août, dont la polarité est clairement établie plusieurs mois à l'avance. La corrélation entre l'observation et la simulation du logarithme du total des surfaces brûlées en Nouvelle-Calédonie est de 0.87 sur la période 2000-2010 selon un modèle linéaire en validation croisée.