This study aimed at evaluating the agreement of spaceborne Light Detection and Ranging (lidar) ICESat-2 canopy height with Airborne Laser Scanning (ALS) derived canopy height to inform about the performance of ICESat-2 canopy height metrics and understand its uncertainties and utilities. The agreement was assessed for different forest types, physiographic regions, a range of percent canopy cover, and diverse disturbance histories. Results of this study suggest that best agreements are found using strong beam data collected at night for canopy height retrieval using ICESat-2. The ICESat-2 showed great potential for estimating canopy heights, particularly in evergreen forests with high canopy cover. Statistical models were developed using fixed-effects and mixed-effects modeling approaches to predict ALS canopy height metrics using ICESat-2 parameters and other attributes. Overall, ICESat-2 showed good agreement with ALS canopy height and showed its predictive ability to characterize canopy height. The outcome of this study will help the scientific community understand the capabilities and limitations of ICESat-2 canopy heights; the study also provides a new approach to obtain wall-to-wall ALS standard canopy height maps at landscape level.

Spaceborne Remote Sensing, the observation of the features on ground from orbiting satellites is one of the expanding business areas of international space business, attracting the analysis of the markets and the growth patterns in the international arena. Whatever be the product/service, it is important for the market players to know the market characteristics to draw up marketing strategy and defining marketing mix, which becomes important for Remote Sensing services as well without an exception. The market for Remote Sensing data and services is influenced by a multitude of factors, which may seem unrelated at the outset. These may be Socio-Economic and Natural Resources related variables in addition to the expected product/market related variables. Hence the research work to model the market dynamics is taken up with the objectives of: 1)To identify factors influencing the market potential for Remote Sensing Data services 2)To model the relationship between these factors and the market potential 3)To validate and verify the model developed The analysis was carried out with 82 valid responses from respondents spread across 17 countries where Remote Sensing market is prevailing. A broad spectrum of economic, political, social, natural, and geographic variables believed to be influencing the Remote Sensing requirements were enumerated and validated through pilot study. Raw values for the variables were obtained from secondary sources and relative importance of these variables was determined through primary survey. The variables were synthesised into factors and captured into a regression model to arrive at the market potential index. This is statistically validated and also verified with market potential of a known country market, India. The analysis and results revealed that, market dynamics influencing market potential for Spaceborne Remote Sensing Data can be synthesised as the following three factors, explaining 80% of the variance in the market potential. (i)Politico Developmental factor-variables border related (Number of border countries, Border length, level of Border Disputes, Energy Production & Consumption, Economy and Information & Communication Infrastructure) (ii)Geo-Natural factor: represented by extent of Natural Resources, Energy Reserves etc. (iii)Market/Product related factor variables like product features, level of competition, availability of substitutes, current market position, and growth rate etc. The emergence of variables representing the developmental aspects on one side and political aspects on the other, as important factor is the outcome formally brought to recognition by the study. This is manifesting the growing importance of developmental activities and theatres of war as important additional market drivers in high and very-high resolution data services across the globe, in addition to the traditional applications like natural resources monitoring and management.

Le Soleil est une étoile variable dont l’éclairement présente un large spectre de périodicités (de quelques minutes à plusieurs décennies). L’amplitude de ces variabilités présente une forte dépendance en longueur d’onde. La mesure précise de l’éclairement spectral hors atmosphère et de cette variabilité selon une échelle radiométrique absolue constituent une entrée fondamentale pour les domaines de recherche suivants :<p>- En physique solaire, ces mesures permettent de valider les modèles étudiant la composition de l’atmosphère solaire, les processus physiques internes et leur variabilité.<p>- La photochimie atmosphérique terrestre et les modèles climatiques. La composition, la structure thermique et la dynamique de l’atmosphère terrestre sont dépendantes du flux solaire incident, de sa distribution en longueur d’onde et de sa variabilité. Les mesures sont requises pour une validation des modèles de transfert radiatif et climatiques.<p>La nécessité d’une mesure continue dans le temps et hors atmosphère s’impose car chaque cycle solaire possède ses propres caractéristiques. Ces mesures sont réalisées depuis plus de 30 ans par des spectroradiomètres adaptés à l’environnement spatial. L’instrument SOLSPEC (SOLar SPECtrum) a apporté une contribution majeure à ces mesures.<p>Le travail présenté dans ce manuscrit est associé à la sélection de SOLSPEC pour une mission à bord de la Station Spatiale Internationale (ISS). Les objectifs ont consisté à adapter l’instrument pour une mission à long terme (2008-2016), à étendre la plage spectrale couverte par SOLSPEC et à réduire l’incertitude de mesures. Il est structuré en deux parties :<p>- La remise à niveau de l’instrumentation et son étalonnage radiométrique.<p>- Le traitement des données pour les premières mesures en orbite.<p>L’instrument a été modifié pour satisfaire de nouvelles exigences de dimensions et de masse. De nouveaux sous-systèmes optiques (unité interne d’étalonnage, pointeur solaire) ont été développés pour permettre la détection et la correction de toute dérive angulaire ou de réponse absolue de manière autonome. La plage spectrale de fonctionnement a été étendue entre 166 et 3088 nm. Une caractérisation radiométrique approfondie de SOLSPEC a été effectuée. L’étalonnage absolu a été réalisé à partir de l’étalon primaire en éclairement spectral (rayonnement du corps noir) du PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt). Une estimation des incertitudes standard utilisant le formalisme mathématique appliqué en métrologie a été développée. Les résultats donnent une incertitude réduite entre 2 % à 4 % pour la plage 166-370 nm, inférieure à 2 % entre 370 et 2350 nm, comprise entre 2 et 5 % pour l’intervalle 2350-2580 nm et de 5 à 10 % entre 2580 et 2920 nm. Une valeur inférieure à 1 % est atteinte entre 500 et 1900 nm. Les mesures consécutives à la mise en orbite de SOLSPEC ont confirmé le maintien des performances radiométriques. Le spectre solaire hors atmosphère a été déterminé et comparé aux résultats antérieurs et actuels des missions respectives SOLSPEC ATLAS et SORCE. Il correspond à l’activité solaire du début de la mission SOLAR (mi-2008).<p><p>The Sun is a variable star. Its irradiance presents a wide range of periodicity varying from minutes to decades. The amplitude of this variability is strongly wavelength dependent. The accurate determination of the solar spectral irradiance above the atmosphere in absolute radiometric scale and the study of its variability are main issues for the following researches:<p>- In solar physics, these measurements are required for the validation of the models studying the composition of the solar atmosphere, the internal physical processes and their variability.<p>- For the photochemistry of the Earth’s atmosphere and the climate modeling. The composition, the thermal structure and the dynamics of the atmosphere are dependant on the incoming solar flux, its spectral distribution and variability. The measurements are required for the validation of radiative transfer and climate models.<p>As each solar cycle presents a different behavior, there was a need for continuous measurements above the atmosphere. Such measurements were performed since more than 30 years by means of space qualified spectroradiometers. The SOLSPEC (SOLar SPECtrum) instrument brought a major contribution in this respect. <p>The present work is devoted to the SOLSPEC instrument that was selected for a new mission on board the International Space Station (ISS). The objectives were to refurbish the instrument and to adapt it for a long term mission (2008-2016), to extend the wavelength coverage and to reduce the uncertainties on the measurements. This work is developed in two parts:<p>- The refurbishment and the radiometric characterization of the instrument.<p>- The data processing of the first results after the launch.<p>The instrument was modified in order to fulfill new requirements of dimensions and mass. Different optical sub-systems (internal lamp unit, passive solar sensor) were developed in order to obtain on board capabilities for the detection and the correction of any trend in the absolute response. The spectral range was extended to 166 - 3088 nm. A full radiometric characterization of SOLSPEC has been carried out and is presented in this work. The absolute calibration was performed using the primary standard of spectral irradiance (black-body radiation) of the PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt). The evaluation of the standard uncertainties is presented using the mathematical methodology applied in metrology. The results provide an uncertainty limited to 2 % - 4 % between 166 and 370 nm, below 2 % from 370 to 2350 nm, between 2 and 5 % for the spectral range 2350 - 2580 nm and 5 % to 10 % between 2580 and 2900 nm. The uncertainty is below 1 % between 500 and 1900 nm. The stability of the radiometric performances was demonstrated from the analysis of the first measurements after the launch, at the beginning of the mission. The solar spectrum above the atmosphere was determined and compared to results obtained from the previous SOLSPEC ATLAS and ongoing SORCE missions. This spectrum corresponds to the solar activity at mid-2008.<p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les nuages jouent un rôle important dans le cycle de l'eau et de l'énergie au sein de l'atmosphère. De plus, ils représentent l'une des principales sources d'incertitudes dans les projections des modèles de climat en raison notamment de la difficulté à paramétrer les processus qui leurs sont associés ainsi que leurs interactions avec l'environnement. Dans cette thèse nous étudions les nuages de mi-niveau qui ont été beaucoup moins étudiés que les nuages bas et les nuages hauts, en se focalisant sur l’Afrique de l'Ouest. L'Afrique de l'Ouest se caractérise par une forte saisonnalité des précipitations survenant au Sahel de juin à septembre durant la période dite de mousson. Cette période coïncide également avec le maximum annuel de la couverture nuageuse. Au travers du déploiement de la station mobile ARM (Atmospheric Radiation Measurement) durant une année en 2006 à Niamey (Niger), Bouniol et al. (2012) ont documenté les différents types de nuages observés pendant la mousson et ont montré la présence récurrente de nuages vers 6 km d'altitude dont l’impact radiatif est important dans les domaines du visible et de l'infrarouge. Dans le prolongement de cette étude, l'objectif de cette thèse est donc d'analyser plus en détails ces nuages de mi-niveau en documentant leur occurrence, leur cycle diurne et leurs caractéristiques macro- et microphysiques. Nous analysons également l'environnement thermodynamique dans lequel ces nuages sont observés ainsi que leurs effets radiatifs. D’autre part, en analysant les simulations effectuées dans le cadre du projet CMIP5, Roehrig et al. (2013) ont montré une sous-estimation de ce type de nuages dans les modèles de climat. Nous documentons plus précisément ici comment les modèles de climat et les modèles à aire limitée simulent ces nuages de mi-niveau. Afin de documenter ces nuages, des observations obtenues à partir d'instruments de télédétection active déployés sur deux sites sols : Niamey au Sahel et Bordj Badji Mokhtar au Sahara ont été combinées avec les données satellites de CloudSat et CALIPSO. Ces observations ont révélé une occurrence de ces nuages tout au long de l'année avec une prédominance durant la période de mousson. Ces nuages sont majoritairement observés dans le Sud et l'Ouest de l'Afrique de l'Ouest mais s’étendent jusqu’au cœur du Sahara. Leur présence dans cette zone désertique pourrait s’expliquer par la dynamique de la dépression thermique saharienne (Saharan Heat Low). Ces nuages sont généralement fins (la plupart ont une épaisseur inférieure à 1000 m) et sont principalement composés d'eau liquide. Une méthode de clustering appliquée à ces données nous a permis d'identifier trois types de nuages : le premier avec des bases plus basses, le deuxième avec des bases plus hautes et le dernier avec de plus fortes épaisseurs. Les radiosondages et les mesures de rayonnement nous ont permis de déterminer la stratification thermodynamique dans laquelle ces nuages sont observés ainsi que d’estimer leur impact radiatif. On observe généralement des inversions de température potentielle au sommet des nuages des deux premières familles. Dans les modèles de climat, nous avons mis en évidence une forte dispersion des occurrences des nuages de mi-niveau en termes de fréquence, de position et d’extension sur la verticale et de cycle saisonnier. L'analyse des simulations régionales indique aussi une influence de la résolution spatiale et de la paramétrisation de la convection sur la modélisation des nuages de mi-niveau simulés au Sahel et sur le Sahara. / Clouds have an important impact on the water and energy fluxes within the atmosphere. They also represent one of the main sources of uncertainties of climate models projections as a consequence of the difficulty to parametrize their associated processes as well as their interactions with their environment. In this thesis mid-level clouds are studied. Such clouds have been much less studied than low clouds and high clouds and the focus is on the West Africa. West Africa is characterized by a strong seasonality in precipitation that occur in the Sahel from June to September named the monsoon season. This period also coincides with the annual maximum of the cloud cover. Taking advantage of the one-year ARM Mobile Facility (AMF) deployment in 2006 in Niamey (Niger), Bouniol et al. (2012) documented the distinct cloud types observed during the monsoon and showed a frequent occurrence of clouds around 6 km height with an important radiative impact in the surface short-wave and long-wave domains. In the continuity of this study, the aim of this thesis is therefore to analyse in more details these mid-level clouds by documenting their occurrence, their diurnal cycle as well as their macro- and microphysical characteristics. We also analyse the thermodynamical environment in which these clouds are observed and their radiative effects. In a process-oriented evaluation of CMIP5 climate models, Roehrig et al. (2013) showed an underestimation of mid-level clouds. We document more precisely here how climate models and limited-area models simulate these mid-level clouds. To document those clouds, we combine observational data from active remote sensing instruments deployed at the two groundbased sites : Niamey in the Sahel and Bordj Badji Mokhtar in the Sahara, with merged CloudSatCALIPSO satellite. These observations reveal an occurrence of those clouds throughout the year with a predominance around the monsoon season. These clouds are preferentially observed in the Southern and Western part of West Africa but extend to the heart of the Sahara. Their presence in this desert zone may be explained by the dynamics of the Saharan Heat Low. Those clouds are usually quite thin (most of them are less than 1000 m deep) and mainly composed of liquid water. A clustering method applied to this data allows us to identify three different types of clouds : one with lower bases, one with higher bases and another with larger thicknesses. Radiosondes and radiation measurements allowed us to determine the thermodynamical stratification in which these clouds are observed as well as to estimate their radiative impact. Potential temperature inversions are generally observed at the top of the clouds of the first two families. In the climate models, we showed a strong dispersion of the occurrences of mid-level clouds in terms of frequency, location and vertical extension and seasonal cycle. Analysis of regional simulations also indicates an influence of spatial resolution and of the convection parametrization on the model ability in simulating mid-level clouds in the Sahel and in the Sahara.