Validation de la méthode Heliosat-4

Brève description des méthodes d’extraction des paramètres atmosphériques par le DLR

Les propriétés d’ozone étaient indisponibles à ce moment et nous utilisons pour cette validation la valeur typique de 340 DU 1 . L’influence de l’ozone est très faible sur l’éclairement total : une variation de moins de 0,5 % de ce dernier est observée lorsque le contenu en ozone passe de 300 à 400 DU. Par conséquent, notre choix aura peu d’importance sur les résultats. Les valeurs d’albédo du sol, quant à elles, nous sont fournies par EUMETSAT. La méthode d’extraction est développée et présentée par [Pinty et al., 2000]. Cette méthode exploite des 1. 1 DU (Dobson Unit) = 2,96 1022 molécules d’ozone par cm2 81 Validation de la m´ 6 Validation de la méthode Heliosat-4 approximations de l’équation de transfert radiatif dans l’atmosphère pour inverser le signal per¸cu par le satellite Meteosat. Nous présentons ci-dessous les méthodes utilisées par le DLR pour extraire les propriétés des nuages et des aérosols et le contenu en vapeur d’eau que nous utilisons.

Propriétés des nuages

Les propriétés des nuages sont calculées par la méthode APOLLO. Cette dernière fournit la couverture nuageuse, le type de nuage, l’épaisseur optique des nuages, le contenu en liquide et en glace, la température du sommet du nuage et l’émissivité dans l’infrarouge pour chaque pixel MSG/SEVIRI 2 avec une résolution temporelle de 15 minutes. La méthode APOLLO 3 a initialement été con¸cue pour les canaux du radiomètre AVHRR 4 du satellite NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration). Elle a été adaptée aux données MSG / SEVIRI par le DLR [Gesell, 1989; Kriebel et al., 2003]. Les pixels sont préalablement divisés en quatre groupes appelés : sans nuage, entièrement nuageux, partiellement nuageux (c’est-à-dire ni sans nuage, ni entièrement couvert) et contaminés par neige / glace. Ensuite, en fonction de leurs températures, trois couches de nuages sont distinguées. Les limites des couches sont fixées en terme de pression à 700 hPa et 400 hPa. Les températures correspondantes sont dérivées des profils verticaux de température correspondant à des atmosphères standards. Puis, pour chaque pixel entièrement nuageux, le nuage est classé en nuage épais ou nuage fin selon ses températures de brillance 5 à 11 µm et 12 µm et, pendant la journée, des réflectances à 0,6 µm et 0,8 µm. Les nuages fins et n’ayant aucun nuage fin en dessous sont considérés comme des nuages à cristaux de glace. La couverture nuageuse est estimée séparément pour chaque groupe de nuage, ce qui est trivial pour les pixels sans nuage (0 %) et entièrement nuageux (100 %). Pour calculer la fraction de couverture nuageuse des pixels partiellement nuageux dans la journée, [Kriebel et al., 2003] exploite une relation entre les réflectances mesurées à 0,6 µm et 0,8 µm et les moyennes des réflectances des pixels sans nuage et entièrement nuageux dans un proche voisinage (par exemple, de 50 x 50 pixels). Dans la nuit, une relation entre les luminances mesurées à 10,8 µm dans un proche voisinage est utilisée. Dans la journée, pour chaque pixel entièrement nuageux .l’épaisseur optique des nuages, le contenu en eau liquide / glace et l’émissivité dans l’infrarouge sont estimés par un modèle paramétrique utilisant la réflectance à 0,6 µm, qui n’est pas influencée par l’absorption par la vapeur d’eau. Le modèle paramétrique est basé sur la réflectance directionnelle hémisphérique du sommet du nuage, qui est obtenue à partir de la réflectance bidirectionnelle (mesurée) au sommet de l’atmosphère, en lui appliquant une correction de l’anisotropie, une correction de l’effet de l’absorption par l’ozone et en soustrayant la part de réflectance transmise par le nuage [Kriebel et al., 2003]. 

Contenu en vapeur d’eau

[Schroedter-Homscheidt et al., 2008] ont développé une méthode d’extraction de la hauteur d’eau précipitable, à partir des images MSG / SEVIRI en temps quasi-réel, de fa¸con opérationnelle sur une base journalière. Ici, la hauteur d’eau précipitable est extraite au-dessus des surfaces sans nuages dans les canaux infrarouge thermique 10,8 µm et 12 µm du capteur SEVIRI. La méthode de [Schroedter-Homscheidt et al., 2008] s’appuie sur l’algorithme de [Kleespies and McMillin, 1990] et en est une extension. Cette méthode tire profit des capacités améliorées du capteur SEVIRI avec sa résolution temporelle de 15 minutes et sa précision radiométrique de 0,25 K et 0,37 K dans les canaux 10,8 µm et 12 µm. Cette résolution temporelle permet d’exploiter la variation journalière de la température du sol. En général, la température de brillance mesurée par le satellite est influencée par la température du sol, la température moyenne de l’air, l’émissivité de la surface, le contenu en vapeur d’eau, et l’absorption par d’autres gaz atmosphériques. Pour les deux canaux 10,8 µm et 12 µm, l’égalité de l’émission et de l’absorption des gaz autres que la vapeur d’eau peut ˆetre admise. [Kleespies and McMillin, 1990] ont ainsi établi une paramétrisation entre la hauteur d’eau précipitable, les températures de brillance et l’angle zénithal solaire.