Oldenburg, Universiẗat, Diss., 2000. / Dateiformat: zip, Dateien im PDF-Format.

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Universiẗat, Diss., 2004--Hamburg.

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Le processus d’évapotranspiration (ETR) reste actuellement difficile à évaluer. L’objectif poursuivi par cette recherche est de proposer une méthode suffisamment robuste pour pouvoir être appliquée à l’échelle pluriannuelle tout en permettant un suivi à pas de temps fin au cours de la journée. En s’appuyant sur l’état de l’art, l’étude s’intéresse successivement au cas idéalisé des surfaces homogènes puis à celui des surfaces hétérogènes. Depuis quelques années, l’IRM a entrepris d’automatiser son réseau de stations synoptiques. Un sous-ensemble de stations a été choisi afin d’être doté d’un équipement plus complet comprenant un mât météorologique destiné à effectuer des mesures de la température et de la vitesse du vent à plusieurs niveaux. Ces nouvelles données sont exploitées dans la méthode préconisée. Celle-ci combine la théorie de Monin-Obukhov et l’évaluation du bilan énergétique de surface pour calculer les flux turbulents de chaleur sensible et de chaleur latente ainsi que le flux d’ETR. La télédétection offre quant à elle la possibilité d’observer de vastes territoires. Un modèle diagnostique est proposé pour estimer les flux turbulents de surface et l’ETR sur l’ensemble de la Belgique. Il s’agit d’une variante simplifiée du schéma « Isba » de transfert sol-végétation-atmosphère. Des flux radiatifs déduits d’images du satellite Meteosat sont exploités en entrée. La résolution spatiale est celle du capteur infra-rouge utilisé jusque Meteosat-7 (5*9 km). L’application est réalisée sur la période 1994-2003 avec un pas de temps horaire ce qui représente une première dans le domaine. Des comparaisons sont effectuées avec les résultats obtenus aux stations automatiques de l’IRM et avec des données récentes des stations belges du réseau Fluxnet. Les résultats sont très satisfaisants. Le travail s’achève sur des perspectives de développements futurs, la recherche en la matière étant encore en pleine évolution.

Esta tesis explora la precisión de dos métodos de estimación de precipitación, Auto-Estimator y CRR (Convective Rainfall Rate), generados a partir de imágenes infrarrojas y visibles del Meteosat. Ambos métodos junto con una serie de correcciones de la intensidad de lluvia estimada se aplican y se verifican en dos casos de inundaciones acaecidas en zonas mediterráneas. El primer caso ocurrió en Albania del 21 al 23 de septiembre de 2002 y el segundo, conocido como caso Montserrat, ocurrió en Cataluña la noche del 9 al 10 se junio de 2000. Por otro lado se investiga la posibilidad de realizar calibraciones de ambos métodos directamente con datos de estaciones pluviométricas cuando lo común es calibrar con datos de radares meteorológicos. También se propone cambios en algunas de las correcciones ya que parecen mejorar los resultados y se propone una nueva corrección muy eficiente que utiliza las descargas eléctricas para determinar la zonas más convectivas y de mayor precipitación de los sistemas nubosos. / This Thesis work explores the precision of two methods to estimate rainfall called Auto-Estimator and CRR (Convective Rainfall Rate). They are obtained by using infrared and visible images from Meteosat. Both Algorithms within a set of correction factors are applied and verified in two severe flood cases that took place in Mediterranean regions. The first case has occurred in Albania from 21 to 23 September 2002 and the second, known as the Montserrat case, has occurred in Catalonia the night from the 9 to 10 of June 2000. On the other hand it is explored new methods to perform calibrations to both satellite algorithms using direct rain rates from rain gauges. These kinds of adjustments are usually done using rain rates from meteorological radars. In addition it is proposed changes on some correction factors that seem to improve the results on estimations and it is defined an efficient correction factor that employ electrical discharges to detect the most convective and rainy areas in cloud systems.

Diese Arbeit betrachtet die Wechselwirkung von solarer Einstrahlung mit Wolken in der Atmosphäre. Diese wird insbesondere repräsentiert durch den Wolkenstrahlungseffekt. Hierbei wurde vor allem auf die Auswirkungen von kleinskaliger Variabilität von Wolken und Wolkenfeldern auf die Genauigkeit des Wolkenstrahlungseffektes am Oberrand der Atmosphäre und am Boden Rücksicht genommen. Mit einer Schliessungsstudie ist der modellierte Wolkenstrahlungseffekt mit Schiffsmessungen verglichen worden. Hierbei wurden die Wolkeneigenschaften in dem Modell durch Schiffs- und Satellitendaten als Eingangsdatensatz beschrieben. Ein Zugewinn in der Genauigkeit konnte durch die kombinierte Nutzung beider Datenquellen erzielt werden, konkret durch die Kombination des Flüssigwasserpfads aus Schiffsmessungen und des effektiven Radius aus Satellitenbeobachtungen. Durch die Schliessungsstudie sind zwei Probleme in der Auflösung kleinskaliger Bewölkung und deren Auswirkung auf abgeleitete Wolkeneigenschaften identifiziert worden, die im weiteren Verlauf der Arbeit genauer betrachtet wurden. Ein Vergleich zweier Methoden zur Erkennung des Bedeckungsgrades, jeweils eine vom Boden und eine vom Oberrand der Atmosphäre, hat insgesamt eine gute Übereinstimmung ergeben. Jedoch zeigten sich Abweichungen bei geringer Bedeckung. So wurde bei einem Bedeckungsgrad von ca. 40% in der Hälfte der Fälle den Satellitenbildpunkt als bewölkt klassifiziert. Diese Unsicherheiten in der Klassifikation konnten auf die abgeleitete reflektierte solare Einstrahlung übertragen werden. Für als unbewölkt erkannte, tatsächlich aber bewölkte, Bildpunkte wurde eine mittlere Überschätzung der reflektierte solare Einstrahlung von ca. 30 W/m−2 gefunden. Ebenfalls wurde der Einfluss der zeitlichen Variabilität in der solaren Einstrahlung auf die Bestimmung des Wolkenstrahlungseffektes einer Wolke untersucht. Hierfür wurde ein lineares Modell entwickelt und präsentiert, das die diffuse Einstrahlung mit dem Bedeckungsgrad in Zusammenhang stellt. Das Modell liefert zwei Koeffizienten, die die Variation der diffusen Einstrahlung durch eine Wolke unter der Annahme, dass die beobachtete Wolke den ganzen Himmel bedeckt, beschreiben. Dies ermöglicht einen direkten Vergleich des Wolkenstrahlungseffektes einer beobachteten Wolke mit Modellergebnissen und die Entkopplung von der zeitlich variablen direkten Einstrahlung.

Cette thèse porte sur une méthodologie d’estimation des capacités d’un futur instrument spatioporté. Le cas d’étude est l’instrument Flexible Combined Imager (FCI) à bord du futur satellite Meteosat Troisième Génération Imageur (MTG-I), et plus particulièrement ses capacités à détecter des variations de quantité d’aérosols désertiques dans l’atmosphère. Une meilleure connaissance de ces aérosols fait partie des besoins régulièrement exprimés pour l’étude du climat, la prévision météorologique ou l’estimation de la ressource solaire dans des zones arides comme le Sahara. Ce type d’aérosols est abondant dans l’atmosphère. Leurs propriétés physico-chimique les rendent distinguables des autre types d’aérosols comme ceux résultant de la pollution d’origine anthropique, d’autant qu’ils sont émis dans des zones protégées des contaminations par ces autres types. Ils représentent donc un cas d’étude simple pour valider la méthodologie développée dans cette thèse.La méthodologie consiste à réaliser un simulateur de vue du sol par l’instrument, à effectuer de très nombreuses simulations des luminances mesurées par l’instrument sous diverses conditions atmosphériques et de l’albédo du sol, à analyser les résultats de manière à quantifier l’influence de chaque variable dans la variation de la luminance, puis à conclure quant aux capacités de détection grâce un critère de détectabilité prenant en compte les caractéristiques de l’instrument.Le simulateur développé a été validé par confrontation avec des mesures réelles de l’instrument SEVIRI à bord du satellite Meteosat Second Generation. L’innovation principale réside dans l’usage de l’approche d’analyse de sensibilité globale (GSA). Cette dernière quantifie l’influence de chaque variable séparément ainsi que les termes croisés. Elle exploite des fonctions de répartition statistique des variables extraites d’observations, et permet par conséquent d’obtenir une analyse de sensibilité réaliste. La GSA produit aussi des fonctionnelles modélisant l’influence d’une ou plusieurs variables sur la variabilité du signal observé et utilisables pour différentes applications dans la télédétection. / This thesis deals with a methodology to assess the capabilities of future spaceborne instruments. The case study is the Flexible Combined Imager (FCI) of the future Meteosat Third Generation Imaging mission (MTG - I), and in particular its ability to detect variations in load of desert aerosols in a realistically variable atmosphere. A better understanding of the behavior of these aerosols is part of regularly expressed needs for the study of the climate, weather forecast or assessment of the solar resource in arid areas such as the Sahara. This type of aerosols is abundant in the atmosphere. Their physical and chemical properties make them distinguishable from other types of aerosols such as those resulting from anthropogenic pollution, especially as they are emitted in areas protected from contamination by these other types. They therefore represent a simple case study to validate the methodology developed in this thesis.The methodology is to provide a simulator of the view of the instrument to perform a large number of simulations of the radiance measured under different atmospheric conditions and ground albedo, to analyze the results in order to quantify the influence of each variable in the variation of radiance, and then conclude on the capabilities of detection through a test of detectability taking into account the characteristics of the instrument.The developed simulator was validated by comparison against actual measurements of the SEVIRI instruments onboard Meteosat Second Generation satellites. The main innovation lies in the use of the global sensitivity analysis approach (GSA). The latter quantifies the influence of each variable separately as well as their crossed terms. Cumulative distribution functions were computed from actual observations and allow a realistic sensitivity analysis of the instrument. The GSA is also used to compute functional representation of the influence of one or more variables on the variability of the observed signal. The usefulness of such representations is discussed for various applications in remote sensing.

Diese Arbeit betrachtet die Wechselwirkung von solarer Einstrahlung mit Wolken in der Atmosphäre. Diese wird insbesondere repräsentiert durch den Wolkenstrahlungseffekt. Hierbei wurde vor allem auf die Auswirkungen von kleinskaliger Variabilität von Wolken und Wolkenfeldern auf die Genauigkeit des Wolkenstrahlungseffektes am Oberrand der Atmosphäre und am Boden Rücksicht genommen. Mit einer Schliessungsstudie ist der modellierte Wolkenstrahlungseffekt mit Schiffsmessungen verglichen worden. Hierbei wurden die Wolkeneigenschaften in dem Modell durch Schiffs- und Satellitendaten als Eingangsdatensatz beschrieben. Ein Zugewinn in der Genauigkeit konnte durch die kombinierte Nutzung beider Datenquellen erzielt werden, konkret durch die Kombination des Flüssigwasserpfads aus Schiffsmessungen und des effektiven Radius aus Satellitenbeobachtungen. Durch die Schliessungsstudie sind zwei Probleme in der Auflösung kleinskaliger Bewölkung und deren Auswirkung auf abgeleitete Wolkeneigenschaften identifiziert worden, die im weiteren Verlauf der Arbeit genauer betrachtet wurden. Ein Vergleich zweier Methoden zur Erkennung des Bedeckungsgrades, jeweils eine vom Boden und eine vom Oberrand der Atmosphäre, hat insgesamt eine gute Übereinstimmung ergeben. Jedoch zeigten sich Abweichungen bei geringer Bedeckung. So wurde bei einem Bedeckungsgrad von ca. 40% in der Hälfte der Fälle den Satellitenbildpunkt als bewölkt klassifiziert. Diese Unsicherheiten in der Klassifikation konnten auf die abgeleitete reflektierte solare Einstrahlung übertragen werden. Für als unbewölkt erkannte, tatsächlich aber bewölkte, Bildpunkte wurde eine mittlere Überschätzung der reflektierte solare Einstrahlung von ca. 30 W/m−2 gefunden. Ebenfalls wurde der Einfluss der zeitlichen Variabilität in der solaren Einstrahlung auf die Bestimmung des Wolkenstrahlungseffektes einer Wolke untersucht. Hierfür wurde ein lineares Modell entwickelt und präsentiert, das die diffuse Einstrahlung mit dem Bedeckungsgrad in Zusammenhang stellt. Das Modell liefert zwei Koeffizienten, die die Variation der diffusen Einstrahlung durch eine Wolke unter der Annahme, dass die beobachtete Wolke den ganzen Himmel bedeckt, beschreiben. Dies ermöglicht einen direkten Vergleich des Wolkenstrahlungseffektes einer beobachteten Wolke mit Modellergebnissen und die Entkopplung von der zeitlich variablen direkten Einstrahlung.