Complémentarité de l'assimilation d'observations satellites du manteau neigeux et d'observations radar des précipitations en zone de montagne

Auteur moral

Université de Toulouse

Auteur moral

Lafaysse, Matthieu ; Augros, Clotilde

Année de publication

2025

Une connaissance précise des propriétés physiques du manteau neigeux est essentielle pour une multitude d'applications sociétales et scientifiques, de la gestion des ressources en eau à la prévision des risques. Les observations de surface in situ ne suffisent pas à connaitre toutes ces propriétés à une résolution spatio-temporelle suffisante. L'utilisation de la modélisation numérique est le principal outil alternatif pour combler ces lacunes. Cependant, la qualité des simulations de la neige dépend fortement de la précision des estimations des précipitations, dont les erreurs s'accumulent au fil du temps. Les observations radar fournissent des estimations spatialisées des précipitations avec des résolutions spatiales et temporelles élevées qui pourraient être bénéfiques pour la modélisation à haute résolution du manteau neigeux, mais leur qualité en montagne est plus faible et mal documentée. L'assimilation d'observations satellites de la neige au sol apparait également comme une opportunité pour mieux contrôler les simulations de la neige et les forçages de précipitations associés. Des études récentes ont montré qu'une quantification précise de l'incertitude des précipitations est essentielle pour optimiser les algorithmes d'assimilation. L'objectif de cette thèse est d'identifier la meilleure façon d'exploiter toutes les observations disponibles afin d'améliorer les estimations de précipitations et les simulations du manteau neigeux. En particulier, le potentiel des observations radar des précipitations et leur complémentarité avec des observations satellites de la neige est le thème central de cette thèse. La première partie de cette thèse est consacrée à l'évaluation d'un produit d'estimation des précipitations quotidiennes combinant mesures radar et pluviomètres sur les Alpes françaises. La qualité de ce produit est comparée à d'autres estimations de précipitations. Une méthode de post-traitement a été développée pour détecter et atténuer les principaux artefacts affectant les estimations de précipitations par radar et pour décrire la structure spatiale complexe des erreurs résiduelles. Elle a été utilisée pour produire des analyses d'ensemble des précipitations à l'aide de 3 algorithmes, et pour forcer des simulations d'ensemble à haute résolution du manteau neigeux. La hauteur de neige simulée est ensuite comparée aux observations des satellites Pléiades à haute résolution sur la région des Grandes Rousses. Cette évaluation confirme que le post-traitement des mesures radar conduit à de meilleures hauteurs de neige simulées malgré une représentation imparfaite des gradients altitudinaux. Nous montrons également que la fiabilité des simulations d'ensemble de la neige dépend fortement d'une dispersion appropriée des cumuls annuels des analyses d'ensemble des précipitations. Dans la dernière partie de cette thèse, les observations Pléiades sont utilisées pour mettre à jour les hauteurs de neige simulées avec un algorithme de filtre à particules. Ceci améliore les hauteurs de neige simulées jusqu'à deux mois après l'assimilation, en particulier pour la simulation forcée par une analyse d'ensemble des précipitations utilisant des observations radar. Ce travail est une étape vers des simulations de manteau neigeux à haute résolution qui bénéficient d'observations télédétectées de précipitations et de couverture neigeuse. Il démontre la complémentarité entre une analyse radar des précipitations et l'assimilation d'observations satellites de hauteurs de neige, les deux étant utiles pour améliorer à la fois les estimations des précipitations et les simulations du manteau neigeux. En outre, il offre une nouvelle perspective sur les avantages et les limites des produits de précipitations disponibles en zone de montagne, en particulier sur la pertinence des observations radar des précipitations malgré des artefacts de mesure, ainsi qu'une méthodologie pour optimiser leur utilisation dans diverses applications.</div>

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