Comparaison des climatologies des nuages par observations actives lidar et passives radiométriques

Après avoir effectué les comparaisons entre les instruments actifs LITE et GLAS, et tenté ainsi de construire une description générique de la statistique nuageuse obtenue à partir d’un lidar spatial, nous pouvons alors chercher à comprendre, comment ces résultats peuvent se comparer avec ceux obtenus à partir des instruments de détections passifs. Les statistiques précédemment établies peuvent donc être comparées, avec les données passives ISCCP, contemporaines de LITE, prises à deux résolutions différentes : les données ISCCP-D1 offrant une couverture globale (Résolution spatiale : 280×280 km2 ), et les données ISCCP-DX qui, bien que réduites en couverture (cf Fig. 2.4.10), sont caractérisées par une plus grande résolution spatiale (soit 30×30 km). Du fait que les données ISCCP soient fournies sous la forme de slots séparés de 6 heures, il existe un décalage temporel entre les mesures de LITE et celles de ISCCP, qui peuvent entraîner, sous l’action de vents de forte intensité, des erreurs sur la localisation d’une structure nuageuse. La présence d’un tel décalage temporel doit donc être pris en compte. On effectue donc la relocalisation des données LITE au sein des données ISCCP en utilisant les prévisions à moyen terme des champs de vent, fournies par le centre européen. Les données ISCCP (voir la Figure 3.1.1) montrent une assez bonne corrélation avec celles de LITE. En revanche, la détermination de l’altitude des différents niveaux nuageux semble assez approximative. On rappelle en effet que l’altitude des structures nuageuses donnée par ISCCP est une estimation de l’altitude de la structure monocouche radiativement équivalente à l’ensemble des structures nuageuses présentes sur la colonne atmosphérique. L’exemple flagrant en est le cas des structures nuageuses de hautes altitudes présentées en couleur bleue sur la Figure 3.1.1. LITE estime l’altitude du sommet de ces structures comme étant comprise entre 13 et 16 km. Pour sa part, ISCCP retrouve pour cette même structure nuageuse une altitude moyenne d’environ 11 km. Cette première différence constatée dans la détermination de l’altitude d’une même structure nuageuse au sein des bases de données LITE et ISCCP, aura par conséquent une répercussion forte .La différence la plus frappante (cf. la Figure 3.1.2 et la Table 3.1) est l’occurrence des nuages de haute altitude dans les statistiques de LITE, avec une domination des structures monocouches (32.0% en global sous couverture ISCCP-D1) partiellement due aux cirrus fins qui ne sont pas détectés par les détecteurs passifs et qui correspond au ~10% de différence observée dans les statistiques de ciel clair. La relative importance du pourcentage de structures multicouches de haute altitude au sein des données LITE (~22.4% en global sous couverture ISCCP-D1) peut être associée à la différence significative observée dans les nuages d’altitude moyenne. Cette dernière classe ISCCP semble inclure une majorité (~24% des 31.4%) des sommets de structures nuageuses multicouches d’altitude “radiativement équivalente”. 

Comparaisons LITE-GLAS-ISCCPMODIS 

Le couvert nuageux 

Nous pouvons maintenant chercher à comparer entre eux les résultats obtenus à partir des instruments de télédétection actif (LITE, GLAS), et ceux obtenus à partir des instruments de détections passifs (ISCCP, MODIS). Nous portons tout d’abord notre comparaison sur la détection de la couverture nuageuse (voir la Table 3.2). Les couvertures nuageuses données par les instruments LITE, GLAS, ISCCP et MODIS paraissent assez cohérentes entre elles, et sont comprise entre 57% et 69.8%. Ces valeurs de couvertures nuageuses retrouvées sont assez similaires à celles communément retrouvées dans la littérature scientifique par d’autres auteurs, ces derniers employant des instruments de détection passive, et des méthodes d’analyses différentes. [Wylie et al. 1994] et [Jin et al 1996] reportent que la moyenne totale du couvert nuageux déterminée à partir de l’instrument HIRS est égale à 76%-77%. [Jin et al. 1996] et [Rossow and Schiffer, 1999] reportent une moyenne annuelle de 63% basée sur les anciennes données ISCCP Cseries, et de 68% en utilisant les nouvelles données ISCCP-D. [Stowe et al. 2002] et [Jacobowitz et al. , 2003] ont comparé les moyennes mensuelles des climatologies nuageuses, en compilant les données ISCCP, et celles fournies par CLAVR (CLoud from AVHRR) sur 10 ans (1985-94), et ont trouvé des valeurs de couvertures nuageuses comprises entre 48% et 52%. Les différences retrouvées entre les valeurs de couvertures nuageuses sont dues aux différentes techniques d’analyses utilisées, et en particulier à la façon dont sont caractérisés les pixels déclarés comme nuageux. Par exemple, CLAVR considère qu’en cas de couverture partielle d’un pixel, celui-ci puisse être déclaré comme couvert à 50%, alors que dans la même situation, ISCCP déclarera ce pixel comme étant couvert à 100%. Les valeurs de couvertures nuageuses fournies par CLAVR seront par conséquent les plus faibles, et constitueront donc une limite inférieure de cette mesure. Bien que les valeurs de couvertures nuageuses données par la Table 3.2 soient rapprochées, elles montrent néanmoins une différence d’environ 10% entre les valeurs données par les détecteurs actifs (env. 70%) et celles retrouvées à partir des détecteurs passifs (env. 60%). Cette différence peut être attribuée à l’impact des nuages de haute altitude semi-transparents en situation monocouches, difficilement détectés par les instruments passifs et identifiés alors comme des situations de ciel clair. 

Les densités de probabilité

 Nous pouvons pousser plus à fond la comparaison des différents résultats statistiques, en nous penchant sur l’analyse des distributions nuageuses. Comme nous l’avons précisé précédemment, les structures nuageuses peuvent être analysées statistiquement soit en mode tir à tir, soit après avoir effectué une agglomération des structures nuageuses les plus proches. La Figure 3.2.1 présente les PDF de l’altitude des sommets de structures nuageuses pour LITE après agglomération des structures nuageuses, et celle correspondant à GLAS en mode tir à tir. On retrouve pour GLAS, les PDF déjà retrouvées pour LITE en mode tir à tir. Après agglomération des données LITE, on note un renforcement du nombre des structures de hautes altitudes, au détriment de celui des nuages Bas. L’analyse de la Table 3.3 nous amène aux mêmes conclusions. L’explication de ce phénomène déjà expliqué dans la section 2.7.1, réside dans la forte agglomération des nuages bas, ainsi que dans le raccrochement des petites structures d’altitude moyennes situées sous la base des nuages haut. Dans tous les cas, et cela quelle que soit la méthode de détection choisie (tir à tir ou agglomération), ou le type d’instrument actif utilisé (GLAS ou LITE), la sous-estimation faite par ISCCP de l’altitude des structures nuageuses, ainsi que la non détection d’un nombre important de nuages haut semi-transparents, déjà discutée dans la section précédente, se trouve vérifiée.