Coursol, Laurence
(2023).
« Utilisation du contenu en information pour optimiser les canaux d'instruments satellitaires dans l'infrarouge thermique et lointain » Thèse.
Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en sciences de la Terre et de l'atmosphère.
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Résumé
Une nouvelle génération d’instruments mesurant dans l’infrarouge thermique et à haute résolution spectrale, soit Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) (Aumann et al., 2003), Infrared Atmospheric Sounding Interferometer (IASI) (Blumstein et al., 2004) et Cross-track Infrared Sounder (CrIS) (Bloom, 2001), apporta son lot de recherche pour trouver une sélection optimale d’un sous-ensemble de canaux contenant le plus d’information possible. Plusieurs méthodes furent testées afin de trouver une méthode optimale d’un point de vue de l’assimilation de données (Rabier et al., 2002). Les principales méthodes retenues sont une méthode itérative utilisant le contenu en information et la méthode des Jacobiens (basée sur les caractéristiques des Jacobiens). Ils conclurent que la méthode itérative donnait de meilleurs résultats en termes de réduction de l’erreur d’analyse comparativement à la méthode des Jacobiens, mais qu’elle était plus coûteuse au niveau du temps de calcul. Cette thèse s’intéresse à cette méthode itérative utilisant le contenu en information pour la sélection de canaux pour des instruments satellitaires mesurant dans l’infrarouge thermique et lointain. Le DFS (Degrees of Freedom per signal) fut utilisé dans une première étude pour optimiser un radiomètre mesurant dans l’infrarouge lointain en termes du nombre de bandes et de leur largeur spectrale pour l’Arctique. Une configuration optimale a été trouvée, composée de 22 bandes pour la température et 7 bandes pour l’humidité. Ces mesures apportent de l’information complémentaire à AIRS pour l’humidité, entre la surface et 850 hPa et entre 550 hPa et 250 hPa. Individuellement, les mesures dans l’infrarouge lointain permettent de réduire la variance de l’erreur d’analyse entre 400 hPa et 200 hPa mieux que AIRS par rapport à l’humidité. Cette recherche permit de démontrer le potentiel de mesures dans l’infrarouge lointain pour améliorer l’analyse de l’humidité dans l’Arctique. La deuxième étude utilise la même technique itérative pour trouver une sélection optimale de canaux pour l’instrument CrIS. Ainsi, une configuration optimale composée de 455 canaux a été trouvée. Par la suite, cette configuration a été comparée avec celle de Carminati (2022) composée de 431 canaux. Même si les deux configurations ont 224 canaux identiques, les résultats en termes de réduction d’erreur d’analyse sont similaires. La différence d’erreur d’analyse sommée sur le profil atmosphérique entre les deux configurations est égale à 7.4 K2 and 0.077 (logLL-1)2 (où L L -1 represents le ratio volumique de la vapeur d’eau sur le volume d’air). Différentes matrices de covariances d’erreur d’observation ont été prises pour évaluer l’effet de cette matrice sur la sélection de canaux. Même si les canaux sélectionnés sont différents pour les différentes matrices, les résultats en termes d’erreur d’analyse sont similaires. Un aspect intéressant de cette thèse est l’utilisation de la méthode itérative qui permet de facilement tester différentes configurations d’un instrument autant au niveau du nombre de canaux qui devraient être assimilés que pour trouver une configuration optimale en termes de largeur spectrale et du nombre de bandes dépendant des variables étudiées. De plus, cette méthode itérative utilisant le DFS permet de trouver un nombre optimal de canaux qui devraient être assimilés pour les centres de prévisions numériques du temps (PNT) et de trouver une sélection de canaux meilleure qu’avec la méthode des Jacobiens.
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MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : infrarouge lointain, CrIS, contenu en information, erreur d’analyse, sélection optimale de canaux, optimisation des bandes
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