The TOPEX/POSEIDON Project is a joint U.S. and French mission to develop and operate an Earth orbiting satellite capable of making accurate measurements of the mean sea level in a way that allows the study of ocean dynamics. The understanding of ocean dynamics is very important in order to study events such as El Nino. Soon after the launch of the TOPEX satellite, some unusually high, but localized, values of the ocean's radar cross section, sigma-0, were observed by scientists at the NASA Goddard Space Flight Center. These phenomena have been referred to as sigma-0 blooms, and are accompanied by an increase in noise in the significant wave height (SWH) and altitude measurements. Since approximately 5% of all data recorded by the satellite contains sigma-0 blooms, it is important to understand their causes so that corrective measures can be taken by NASA. This thesis investigates two possible origins of the sigma-0 blooms: a surface containing a step discontinuity in sigma-0, and a surface containing slick or calm areas. Models corresponding to the theoretical returns from these two types of surfaces are developed and studied. / Master of Science

O conhecimento e o monitoramento do vasto potencial hídrico da bacia Amazônica têm sido uma preocupação de diversos campos da ciência e das administrações pública e privada que necessitam dessas informações. A Agência Nacional de Águas, por exemplo, é responsável pela manutenção e gerenciamento da rede hidrometeorológica do país, com mais de 1500 estações de observação. Para uma melhor análise e aplicação desse importante conjunto de informações nos estudos da bacia hidrográfica, faz-se necessário o estabelecimento de pontos que definam um referencial único para todos os dados, em especial para o cálculo da marca zero das réguas limnimétricas das estações de observação. A definição de um sistema de referência vertical envolve a escolha de um datum vertical e de um tipo de altitude relacionada com o campo de gravidade. Usualmente, o datum vertical relaciona-se ao nível médio dos mares, estimado a partir de uma ou mais estações maregráficas. Tendo em vista as dificuldades logísticas na Amazônia, a cobertura atual da rede altimétrica do IBGE não é suficiente para alcançar a maior parte dos pontos de medição. O presente trabalho concentra-se na avaliação do emprego dos sistemas espaciais de posicionamento (GPS) e de observação por radar-altímetro (TOPEX-POSEIDON) na definição de um referencial homogêneo para a bacia Amazônica, como alternativa ao nivelamento geométrico. Nessa pesquisa, foram implantados pontos de controle em toda a extensão do curso principal da bacia, nos rios Amazonas e Solimões, e as altitudes geométricas obtidas com o GPS foram reduzidas com diferentes modelos geoidais. São apresentados os resultados da comparação da linha d\'água dos rios, definida a partir das informações das séries temporais medidas nas réguas limnimétricas, com o referencial proposto, assim como sugestões para trabalhos futuros. / La connaissance et la surveillance de l\'immense potentiel hydrologique du bassin de l\'Amazone concernent plusieurs domaines de la science et des administrations publiques et privées. L\'agence nationale brésilienne de l\'eau (ANA) par exemple, est responsable de la planification et de la gestion d\'un réseau hydraulique et météorologique au niveau national, avec plus de 1500 stations d\'observation. Pour une meilleure analyse et application de cet ensemble important d\'informations sur les études du bassin hydrographique, il est nécessaire d\'établir un réseau de points définissant un référentiel unique pour toutes les données. C\'est particulièrement le cas pour le calcul de la référence du zéro hydrométrique des règles de mesures aux stations d\'observation du niveau d\'eau des rivières. La définition d\'un système vertical de référence implique le choix d\'informations verticales et d\'un type d\'altitude liés au champ de pesanteur. Habituellement, les informations verticales se rapportent au niveau moyen de la mer, estimé à partir d\'une ou plusieurs mesures de marégraphes. Au vu des difficultés logistiques en Amazonie, couverture actuelle du réseau altimétrique de l\'IBGE n\'est pas suffisante pour atteindre la plupart des postes de mesure. Le travail actuel se concentre donc sur l\'évaluation fournie par un système de positionnement global par satellite (GPS) et par l\'altimétrie radar (TOPEX POSEIDON) pour la définition d\'un référentiel vertical homogène pour le bassin de l\'Amazone, comme alternative à la mise en place du nivellement géométrique. Pour cette étude, Nous avons établi des points de contrôle le long du fleuve principal de bassin (Amazone et Solimoes) et nous avons réduit les altitudes géométriques obtenues avec le GPS en utilisant différents modèles de géoïde. Nous présentons les résultats de la comparaison des niveaux de l\'eau de la rivière, définis à partir des séries temporelles mesurées sur les échelles des rivières, avec le référentiel proposé. Nous présentons également des suggestions futures, concernant les orientations possibles de ces travaux.

La connaissance et la surveillance de l\'immense potentiel hydrologique du bassin de l\'Amazone concernent plusieurs domaines de la science et des administrations publiques et privées. L\'agence nationale brésilienne de l\'eau (ANA) par exemple, est responsable de la planification et de la gestion d\'un réseau hydraulique et météorologique au niveau national, avec plus de 1500 stations d\'observation. Pour une meilleure analyse et application de cet ensemble important d\'informations sur les études du bassin hydrographique, il est nécessaire d\'établir un réseau de points définissant un référentiel unique pour toutes les données. C\'est particulièrement le cas pour le calcul de la référence du zéro hydrométrique des règles de mesures aux stations d\'observation du niveau d\'eau des rivières. La définition d\'un système vertical de référence implique le choix d\'informations verticales et d\'un type d\'altitude liés au champ de pesanteur. Habituellement, les informations verticales se rapportent au niveau moyen de la mer, estimé à partir d\'une ou plusieurs mesures de marégraphes. Au vu des difficultés logistiques en Amazonie, couverture actuelle du réseau altimétrique de l\'IBGE n\'est pas suffisante pour atteindre la plupart des postes de mesure. Le travail actuel se concentre donc sur l\'évaluation fournie par un système de positionnement global par satellite (GPS) et par l\'altimétrie radar (TOPEX POSEIDON) pour la définition d\'un référentiel vertical homogène pour le bassin de l\'Amazone, comme alternative à la mise en place du nivellement géométrique. Pour cette étude, Nous avons établi des points de contrôle le long du fleuve principal de bassin (Amazone et Solimoes) et nous avons réduit les altitudes géométriques obtenues avec le GPS en utilisant différents modèles de géoïde. Nous présentons les résultats de la comparaison des niveaux de l\'eau de la rivière, définis à partir des séries temporelles mesurées sur les échelles des rivières, avec le référentiel proposé. Nous présentons également des suggestions futures, concernant les orientations possibles de ces travaux. / O conhecimento e o monitoramento do vasto potencial hídrico da bacia Amazônica têm sido uma preocupação de diversos campos da ciência e das administrações pública e privada que necessitam dessas informações. A Agência Nacional de Águas, por exemplo, é responsável pela manutenção e gerenciamento da rede hidrometeorológica do país, com mais de 1500 estações de observação. Para uma melhor análise e aplicação desse importante conjunto de informações nos estudos da bacia hidrográfica, faz-se necessário o estabelecimento de pontos que definam um referencial único para todos os dados, em especial para o cálculo da marca zero das réguas limnimétricas das estações de observação. A definição de um sistema de referência vertical envolve a escolha de um datum vertical e de um tipo de altitude relacionada com o campo de gravidade. Usualmente, o datum vertical relaciona-se ao nível médio dos mares, estimado a partir de uma ou mais estações maregráficas. Tendo em vista as dificuldades logísticas na Amazônia, a cobertura atual da rede altimétrica do IBGE não é suficiente para alcançar a maior parte dos pontos de medição. O presente trabalho concentra-se na avaliação do emprego dos sistemas espaciais de posicionamento (GPS) e de observação por radar-altímetro (TOPEX-POSEIDON) na definição de um referencial homogêneo para a bacia Amazônica, como alternativa ao nivelamento geométrico. Nessa pesquisa, foram implantados pontos de controle em toda a extensão do curso principal da bacia, nos rios Amazonas e Solimões, e as altitudes geométricas obtidas com o GPS foram reduzidas com diferentes modelos geoidais. São apresentados os resultados da comparação da linha d\'água dos rios, definida a partir das informações das séries temporais medidas nas réguas limnimétricas, com o referencial proposto, assim como sugestões para trabalhos futuros.

Estimation of global mean sea level change has become an area of interest for scientists in recent decades because of its importance as an indicator of climate change. Climate models predict varying degrees of change in global temperature and global sea level over the next 100 years. One way to check the validity of the models is to estimate sea level change over the last century and constrain the models to match these estimates. Traditionally, sea level change estimates have been calculated using long time series from tide gauges. There are some disadvantages to this approach however, since tide gauges have limited spatial coverage and make measurements relative to a land reference point that may be undergoing uplift or subsidence. Satellite altimetry has also been used in recent years to estimate sea level changes, but these measurements are subject to drift errors and must be calibrated. Mitchum (1998, 2000) has developed a method using the global network of tide gauges to calibrate altimeters that enables estimation of sea level change with a precision of 0.4 mm/yr. Errors in the estimates arise from a variety of sources, but the error of primary concern is that due to land motion at the tide gauge stations. In the present study we will investigate ways to improve the land motion estimate and thus reduce the error.

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Le travail effectué au cours de cette thèse a consisté à examiner une large gamme de processus liés à la branche continentale du cycle de l'eau à l'aide du modèle de surface ORCHIDEE (ORganising Carbon and Hydrology In Dynamic EcosystEms), des observations in situ et satellites. En utilisant les données de l'altimétrie spatiale Topex/Poséidon et de la mission gravimétrique GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment), j'ai montré que le modèle ORCHIDEE était capable de reproduire les variations saisonnières et interannuelles des réservoirs d'eau sur les continents. J'ai fourni, pour la première fois, une validation à l'échelle globale du bilan d'eau estimé dans ce modèle. Le rôle important des régions tropicales dans la variabilité du climat a aussi été souligné. Au cours de la thèse, dans le but d'étudier les variations lentes (décennales/multi-décennales), j'ai construit une base de données de forçage atmosphérique de longue période, appelé NCC (National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research Corrected by Climate Research Unit), pour les modèles de surface. NCC s'étend de 1948 à 2000 avec une résolution spatiale de 1°x1° et une résolution temporelle de 6 heures. Cette base de données a été validée par les débits des plus grands fleuves du monde et s'est montrée un élément important pour la compréhension de l'évolution des processus continentaux au cours des 50 dernières années. Une des applications de NCC était l'étude de la contribution de l'eau continentale au changement du niveau de la mer. J'ai montré qu'une augmentation de température de l'océan menait à plus d'eau stockée sur les continents, menant à une rétroaction négative sur le niveau de la mer.

Introduction: Orthodontic treatment is meant to provide patients with stable occlusion and an esthetic smile, and often improves a patient's self-esteem. Unfortunately, and too often, an ideal orthodontic finish in terms of alignment and occlusion is tarnished by the appearance of white spot lesions on the facial surface of teeth after removing the fixed appliances. These white spots detract from the esthetics of a patient's smile. Purpose: The objective of this study was to evaluate the effectiveness of MI PasteTM (GC America, Alsip, Illinois), MI Paste PlusTM (GC America, Alsip, Illinois), and Topex RenewTM (Sultan Healthcare, Hackensack, NJ) in increasing remineralization and improving the esthetic appearance of white spot lesions in patients after treatment with fixed orthodontic appliances. In addition, at-home only versus in-office and at-home treatment protocols were evaluated. Methods and Materials: Thirty patients were enrolled in four treatment groups and a control group, with six patients in each group. The study lasted three months and results were analyzed with normal and QLF photographs. Results, Discussion, and Conclusion: Upon completion of this clinical study, the following conclusions can be drawn. First, the visible area and the fluorescence decrease of white spot lesions will both significantly lessen after orthodontic treatment regardless of products used, or even with a non-prescription fluoride toothpaste control. Second, there is some evidence that an at-home treatment protocol using Topex Renew, or a combination in-office and at-home treatment protocol with MI Paste Plus, may be more beneficial in reducing the appearance of white spot lesions after orthodontic treatment than other treatment protocols.

In May of 2000 Jason-1, a joint project between NASA and the French space agency CNES, will be launched. Its mission is to continue the highly successful gathering of data which TOPEX/Poseidon has collected since August of 1992. The main goal of Jason-1 is to achieve higher accuracy in measuring the mean sea level (MSL). In order to do so, the electromagnetic (EM) bias must be estimated more accurately because it is the largest contributing error. This thesis presents two different studies which add to the knowledge and improve estimation of the EM bias, and thus assists Jason-1 in achieving its primary goal. Oceanographic data collected from two different experiments are analyzed; on in the Gulf of Mexico (GME) and the other in Bass Strait, Australia (BSE). The first study is a spatial analysis of the backscattered power versus the phase of the wave. Its purpose is to determine why the normalized EM bias stops increasing and levels out at high wind speeds (about 11 m/s) and then decreases at higher wind speeds. Two possible causes are investigated. First, it could be due to a shift in the backscatter power modulation to the forward or rear face of the wave crests. Second, it may be due to the backscatter power becoming more homogeneous throughout the wave profile. This study is novel because it uses the knowledge of the spatial distribution of both the backscatter and wave displacement for the study of the EM bias. Both contribute to the EM bias decrease, but the latter cause seems to be the dominant effect. This study is performed on GME data. The second study uses two different nonparametric regression (NPR) techniques to estimate the EM bias. A recent study of satellite data from the TOPEX/Poseidon altimeter supports that the bias is modeled better using NPR regression. A traditional parametric fit is compared to two NPR techniques with GME data. The parametric fit is a variation of NASA's equation used to estimate EM bias for their Geophysical Data Records (GDRs). The two NPR techniques used are the Nadaraya-Watson Regression (NWR) and Local Linear Regression (LLR) estimators. Two smoothing kernel functions are used with each NPR technique, namely the Gaussian and the Epanechnikov kernels. NPR methods essentially consist of statistically smoothing the measured EM bias estimates are compared in the wind and significant wave height plane. Another recent study has shown that wave slope is strongly correlated to EM bias. With this knowledge, EM bias is estimated over several two-dimensional planes which include wave slope in attempt to reduce the residual bias. This portion of the study is performed on GME and BSE data. It is shown that a combination of slope, significant wave height, and wind speed used in conjunction with these NPR methods produces the best EM bias estimate for tower data.

L'altimétrie radar a été initialement développée pour contribuer à l'étude de la dynamique des eaux océaniques. Elle a permis d'avoir des résultats significatifs sur les océans, en particulier à cause de leur vaste étendue et de leur homogénéité. Les succès obtenus sur les océans ont poussé plusieurs chercheurs à investiguer l'utilisation de l'altimétrie satellitaire pour la caractérisation des eaux et des surfaces continentales. Jusque-là, des résultats encourageants ont été rapportés par certaines études sur l'hydrologie des mers intérieures, des grands lacs et fleuves et des zones inondables. Dans cette thèse, nous évaluons l'apport de l'altimétrie satellitaire dans l'analyse des variations des niveaux d'eau dans le Delta Intérieur du fleuve Niger au Mali, en Afrique de l'Ouest. Classé parmi les sites de la Convention Ramsar sur les zones humides, le Delta intérieur joue un rôle de premier plan pour le Mali et l'ensemble de la sous-région, à la fois aux niveaux socio-économique et environnemental. Le Delta est caractérisé par une période de crue, pendant laquelle une superficie de plus de 20 000 km2 de terre reste inondée. L'eau se retire complètement pendant la période de décrue. Cette dynamique crue-décrue conditionne pratiquement l'ensemble des activités humaines dans la région et influence significativement les processus écologiques. D'où l'intérêt scientifique de mieux la comprendre. Cet intérêt est aussi justifié par la fragilité du Delta face aux changements climatiques et à la désertification. Les données d'altimétrie considérées dans l'étude proviennent des satellites Topex/Poseidon (1992-2005) et Envisat (2002-2009). Les données ont été corrigées des effets environnementaux. Afin de pouvoir élaborer des séries temporelles incluant les données provenant des deux satellites, nous avons analysé leur période de chevauchement (2002-2005). Cette analyse a révélé une bonne corrélation entre les deux séries de mesures (R[indice supérieur 2] = 0,76), et un biais systématique d'environ 89 cm. Les mesures Envisat ont alors été corrigées pour les ramener au même niveau que Topex/Poseidon, permettant ainsi de produire des séries temporelles sur 17 ans (1992-2009). Suite à cette analyse, nous proposons un algorithme de retraitement de forme d'onde qui intègre le coefficient de rétrodiffusion à l'échelle du temps de pénétration de l'onde dans un milieu en présence de végétation. L'idée ici c'est de tenir compte de l'hétérogénéité d'un milieu comme le Delta, qui peut être couvert de végétation. Pour cela, nous introduisons dans l'équation de la forme d'onde, le coefficient de rétrodiffusion estimé à partir du modèle dit des nuages d'eau, pour créer un nouvel algorithme appelé algorithme des nuages d'eau. Cet algorithme a été appliqué sur les données Envisat, mais également sur OSTM/Jason-2. Les résultats de l'algorithme ont été validés avec des mesures in situ de la Direction Nationale de l'Hydraulique du Mali et aussi avec des mesures acquises lors d'une campagne de terrain conduite entre août et octobre 2009. Les écarts observés sont généralement faibles (< [+ ou -] lm ). L'algorithme des nuages d'eau a été comparé à d'autres algorithmes existants. Il montre surtout une forte corrélation avec Ice-1 (R[indice supérieur 2] = 0,84). Finalement, nous analysons l'influence des précipitations sur les variations de niveaux d'eau obtenues. Trois sources de précipitations provenant de mesures satellitaires ou des réanalyses de modèles ont été considérées dans trois bassins d'alimentation (bassin du Fouta-Djalon en amont, bassin du Bani et le bassin intérieur au Mali). L'analyse révèle l'importance des précipitations, particulièrement dans le bassin du Fouta-Djalon. En effet, environ 70% des sites analysées [i.e. analysés] dans le Delta montrent une corrélation relativement forte (R[indice supérieur 2] > 0,40) avec les cumuls de précipitations dans les bassins considérés.

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