Évaluation des performances du nouveau satellite géostationnaire Meteosat troisième génération-imageur pour la télédétection des aérosols atmosphériques

Auteur moral

Université de Toulouse

Auteur moral

Ceamanos, Xavier ; Attié, Jean-Luc

Année de publication

2025

Les aérosols sont de petites particules en suspension dans l'atmosphère dont les effets sur Terre varient selon le type d'aérosol, allant d'impacts sur la santé humaine et le transport aérien aux impacts climatiques et météorologiques. Différentes techniques de mesure existent aujourd'hui pour surveiller les aérosols, principalement via la récupération de l'épaisseur optique des aérosols (AOD), à différentes échelles temporelles et spatiales. Parmi les systèmes d'observation disponibles, les satellites météorologiques en orbite géostationnaire fournissent des informations uniques sur les aérosols, car ils collectent des données depuis l'espace à haute fréquence temporelle (avec plusieurs images de la Terre par heure). De telles données ont été exploitées au CNRM ces dernières années avec l'algorithme instantaneous Aerosol and surfacE Retrieval Using Satellites in GEOstationary orbit (iAERUS-GEO), qui restitue des cartes d'AOD toutes les 15 minutes depuis l'instrument SEVIRI embarqué sur Meteosat Seconde Génération (MSG), le satellite géostationnaire d'EUMETSAT, qui observe l'Europe, l'Afrique et l'Amérique du Sud. Dans ce contexte, cette thèse se concentre sur l'évaluation des nouvelles possibilités que la troisième génération de satellites météorologiques Meteosat, Meteosat Troisième Génération-Imageur (MTG-I) avec le Flexible Combined Imager (FCI) à bord, apportera pour la télédétection des aérosols par rapport à MSG/SEVIRI. Pour ce faire, des méthodes d'inversion basées sur l'estimation optimale sont d'abord développées pour tirer le meilleur parti de la richesse des informations fournies par les données géostationnaires. Plus précisément, la meilleure utilisation de l'information a priori et la restitution simultanée de plusieurs variables d'intérêt sont étudiées en utilisant de véritables observations SEVIRI. Deuxièmement, le potentiel de restitution de l'AOD avec les nouveaux canaux spectraux de FCI par rapport à ceux de SEVIRI est étudié en utilisant des données synthétiques réalistes. Deux études de cas correspondant à des situations compliquées pour la restitution satellitaire des aérosols sont considérées, des poussières désertiques en Afrique du Nord (zone correspondant à des surfaces brillantes) et la saison des feux de forêt en Afrique du Sud-Ouest (zone correspondant à des géométries satellites défavorables). Les résultats prouvent que le canal VIS04 de FCI (centré à 444 nm) est le mieux adapté à la restitution de l'AOD, avec une diminution significative de l'erreur (RMSE de 23% et biais de 65%) par rapport aux résultats obtenus avec SEVIRI, (comme le canal VIS06, centré à 640 nm). Troisièmement, les capacités de FCI à aller au-delà de la restitution de l'AOD et à caractériser le type d'aérosol sont étudiées, avec le développement d'une méthode permettant d'estimer simultanément l'AOD et la fraction modale fine (FMF), qui est liée à la distribution granulométrique. Cette étude est réalisée en considérant séparément les contributions des modes d'aérosols fins et grossiers dans le processus d'inversion, et en exploitant les informations distinctes fournies par les nouveaux canaux FCI VIS04 et NIR22 (centré à 2250 nm et sensible aux aérosols grossiers uniquement). Les expériences réalisées montrent que, sauf conditions défavorables, la restitution de l'AOD et du FMF est possible même en utilisant des modèles de transfert radiatif rapide adaptés à la production opérationnelle. Cette démonstration de la possibilité d'obtenir des observations d'aérosols à haute fréquence temporelle à partir de FCI, devenu opérationnel en décembre 2024, ouvre la voie à une future étude sans précédent des variations diurnes des aérosols depuis l'espace.</div>

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