Les mesures satellitaires de réflectance de télédétection (Rrs) associée à la fluorescence de la chlorophylle-a induite par le soleil (FCIS), notées Rrs,f , sont largement utilisées dans le domaine de l’océanographie converties sous la forme de rendement quantique de la fluorescence (QYF). Le QYF permet de déterminer l’impact de l’environnement sur la croissance du phytoplancton. Tout comme les autres mesures qui reposent sur la luminance montante, le QYF, et donc la Rrs,f , sont influencés par les effets de bidirectionnalité. Ainsi, sachant que la variabilité naturelle du QYF est faible, les biais engendrés par une normalisation inadéquate de la Rrs,f peuvent avoir des impacts importants sur l’interprétation des mesures de QYF à l’échelle planétaire. La méthode actuelle utilisée pour corriger la dépendance angulaire du signal observé dans la bande de fluorescence par le spectroradiomètre imageur à résolution moyenne (MODIS), embarqué à bord du satellite Aqua, repose sur l’application d’une table de correspondance (LUT) développée par Morel et al. (2002). Toutefois, l’approche de Morel et al. (2002) ne tient pas compte du caractère isotrope de la FCIS ce qui induit des biais systématiques sur les mesures de Rrs,f selon la latitude, par exemple. Dans ce mémoire, une nouvelle méthode de calcul de la LUT ayant pour but de réduire ces biais est introduite. Tout d’abord, celle-ci intègre une mise à jour des propriétés optiques inhérentes (IOPs) dans le modèle de transfert radiatif sur la base de publications plus récentes. Ensuite, la gamme spectrale de son application est élargie à la bande de fluorescence contrairement à la méthode actuelle qui se limite à la longueur d’onde de 660 nm. Finalement, la LUT révisée tient compte des trois composantes principales de la réflectance de télédétection que sont (1) la rétrodiffusion élastique de la lumière par les molécules d’eau et par les particules en suspension, (2) la diffusion Raman (inélastique) par les molécules d’eau et (3) la FCIS. Les résultats de Rrs,f normalisées avec la nouvelle méthode présentent une différence de dispersion moyenne par rapport à celle obtenue par l’application de la méthode de Morel et al. (2002) de l’ordre de -15 %. Des différences significatives, de l’ordre de -22 %, sont observées à de grands angles d’observation et d’éclairement (> 55 %).

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Solar energy is incident on the earth's surface in both short-wave and long-wave parts of the spectrum. The short-wave part of the spectrum is of special interest to oceanographers since the vertical distribution of temperature in the top layer of the ocean is mostly determined by the vertical attenuation of short-wave radiation. There are numerous studies regarding the temperature evolution as a function of time (see Chapter 2 for details). The diurnal and seasonal variation of the heat content (and hence temperature) of the ocean is explored in this thesis. The basis for such heat budget simulation lies in the fact that the heat budget is the primary driver of ocean currents (maybe secondary to wind effects) and these circulation features affect the biological and chemical effects of that region. The vertical attenuation of light (classified to be in the 300-700 nm range) in the top layer of the ocean has been parameterized by several authors. Simpson and Dickey (1981) in their paper have listed the various attenuation schemes in use till then. This includes a single-exponential form, a bimodal exponential form, and a spectral decomposition into nine spectral bands, each with their specific exponential functions with depth. The effects of vertical light attenuation have been investigated by integrating the light models into a 1D and a 3D turbulence closure model. The main part of the thesis is the inclusion of a bottom effect in the shallow waters. Bottom serves two purposes, it reflects some light based on its albedo and it radiates the rest of the light as heat. 1-D simulation including bottom effects clearly indicates the effect of light on the temperature profile and also the corresponding effect on salinity profiles. An extension of the study includes a 3D simulation of the heat budget and the associated circulation and hydrodynamics. Intense heating due to the bottom leads to the formation of hyper-saline waters that percolate down to depths of 50 m in the summer. Such plumes have been simulated by using a 3D numerical ocean model and it is consistent with observations from the Bahamas banks.

The fundamental components of a coral reef are coral, algae, and sand. At its simplest assessing the status of a coral reef may be reduced to quantifying the relative benthic cover of these three bottom-types. While in situ surveys can provide an accurate census on an individual reef scale (10s of meters), the only feasible method to surveys coral reefs on a reef tract (10-100s of kilometers) or worldwide scale is through the use of remote sensing. Remote sensing is a means of surveying entire ecosystems. A major issue in remote sensing of coastal environments is the confounding effects of the water column on the signal emerging from the water column. We used a simulation method to model differing levels of environmental parameters, which occur in marine ecosystems, with HydrolightEcolight 5. Simulated data were interpolated with actual bottom; type spectra to determine the accuracy of a classification function developed in MATLAB. The aim was to distinguish bottom-types as well as predict levels of water column parameters. The results of this study demonstrate that bottom-type (78% algae, 84% coral, and 94% sand) and chlorophyll concentration (85-90% across range) are well determined, while depth and suspended sediment load are not as well predicted (<70%) and has a tendency to slightly over predict depth.