Tesis: "CALIPSO (satellite de télédétection)"

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Zabukovec, Antonin. "Apport des mesures de la plateforme CALIPSO pour l’étude des sources et des propriétés optiques des aérosols en Sibérie". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2021. http://www.theses.fr/2021SORUS393.

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Resumen

Les connaissances sur la distribution et les propriétés physico-chimiques des particules aérosols dans la troposphère ont été identifiées par le Groupe d’experts Intergouvernemental sur l’Évolution du Climat (GIEC) comme la principale source d’incertitude dans l’étude de l’évolution du climat. Une caractérisation des types, des propriétés optiques et de la distribution verticale des aérosols à l’échelle régionale est nécessaire pour réduire cette source d’incertitude et certaines zones comme la Sibérie sont encore mal documentées. Les concentrations en aérosol de la Sibérie dépendent de sources naturelles, comme les feux de forêt saisonniers ou le transport vers le nord des poussières désertiques, mais également des sources anthropiques comme celles des zones exploitations d’hydrocarbures ou le transport à longue distance des émissions du Nord de la Chine. Afin de contribuer à l’amélioration de cette caractérisation des sources d’aérosol en Sibérie, nous avons dans un premier temps analysé les mesures de deux campagnes aéroportés réalisées sur des distances de plusieurs milliers de km en juillet 2013 et juin 2017. L’avion était équipé d’un lidar à rétrodiffusion à 532 nm ainsi de mesures in-situ de monoxyde de carbone (CO), de carbone suie (BC) et des distributions en taille des aérosols. Ces observations ont été étudiées en synergie avec celle du lidar spatial CALIOP et des missions MODIS et IASI. La gamme d'altitude des couches d'aérosols et le rôle de l’âge sur les propriétés optiques (épaisseur optique (AOD532), dépolarisation, rapport de couleur) sont discutés pour chaque type d'aérosol. Les résultats d’un vol au-dessus des régions d’extraction du gaz correspond au plus fortes AOD532, et des concentrations en BC supérieure à celle des émissions des zones urbaines et a permis une estimation du rapport lidar de ces panaches d'aérosols mal documentés dans la littérature. La deuxième partie du travail a consisté à proposer une alternative à la restitution indirecte de l’AOD532 par l’instrument CALIOP à partir de l’inversion du signal lidar de rétrodiffusion atténué. Cette méthode utilise la réflectance du signal lidar de CALIOP par la surface et a déjà été utilisée au-dessus des océans ou des nuages d’eau liquide optiquement opaques pour calculer une valeur AOD. Dans ce travail, nous avons ainsi développé et évalué une restitution des AOD à partir de la réflectance CALIOP de surface pour les zones continentales. Deux méthodologies ont été utilisées afin de déterminer la réflectance lidar de surface non atténuée par les aérosols: (i) sélection des observations CALIOP en condition de ciel clair sur 7 ans d’observation (ii) extrapolation de la relation de linéarité entre la réflectance lidar de surface atténuée et la transmission atmosphérique. Si ces deux méthodes donnent de bons résultats dans les zones de faible réflectance lidar de surface (< 0.75 sr-1) la première méthode n’est pas utilisable sur les zones désertiques. L’utilisation de ces AOD lidar mesurées directement au-dessus des surfaces continentales permet d’améliorer le biais (|ME| < 0.034) et la dispersion (< 0.145) en comparaison aux observations MODIS. Ceci améliore beaucoup les résultats des comparaisons CALIOP-MODIS obtenus avec la restitution indirecte des AOD une analyse des profils verticaux de rétrodiffusion lidar atténuée avec un biais < 0.174 et une dispersion < 0.234
Knowledge of the distribution and physico-chemical properties of aerosol particles in the troposphere has been identified by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) as the main source of uncertainty in the study of climate change. Characterization of the types, optical properties and vertical distribution of aerosols at the regional scale is needed to reduce this source of uncertainty and some areas such as Siberia are still poorly documented. Aerosol concentrations in Siberia depend on natural sources, such as seasonal forest fires or northward transport of desert dust, but also on anthropogenic sources such as those from hydrocarbon mining areas or long-range transport of emissions from northern China. In order to contribute to the improvement of this characterization of aerosol sources in Siberia, we first analyzed the measurements of two airborne campaigns carried out over distances of several thousand km in July 2013 and June 2017. The aircraft was equipped with a back-scattering lidar at 532 nm, as well as in-situ measurements of carbon monoxide (CO), black carbon (BC) and aerosol size distributions. These observations were studied in synergy with those of the CALIOP spaceborne lidar and the MODIS and IASI missions. The altitude range of the aerosol layers and the role of age on the optical properties (optical thickness (AOD532), depolarization, color ratio) are discussed for each type of aerosol. The results of a flight over the gas extraction regions corresponded to the highest AOD532 and higher BC concentrations than the emissions from urban areas and allowed an estimation of the lidar ratio of these aerosol plumes poorly documented in the literature. The second part of the work consisted in proposing an alternative to the indirect restitution of the AOD532 by the CALIOP instrument from the inversion of the attenuated back-scattering lidar signal. This method uses the surface reflectance of the CALIOP lidar signal and has already been used over oceans or optically opaque liquid water clouds to calculate an AOD value. In this work, we have thus developed and evaluated an AOD restitution from the CALIOP surface reflectance for continental areas. Two methodologies were used to determine the surface lidar reflectance not attenuated by aerosols: (i) selection of CALIOP observations under clear sky conditions over 7 years of observation (ii) extrapolation of the linearity relationship between attenuated surface lidar reflectance and atmospheric transmission. If these two methods give good results in areas of low surface lidar reflectance (< 0.75sr-1), the first method is not usable in desert areas. The use of these LIDAR AOD measured directly over continental surfaces improves the bias (|ME| < 0.034) and dispersion (< 0.145) compared to MODIS observations. This greatly improves the results of the CALIOP-MODIS comparisons obtained with the indirect restitution of the AODs an analysis of the vertical profiles of attenuated lidar backscatter with a bias < 0.174 and dispersion < 0.234

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Nam, Christine C. W., Johannes Quaas, Roel Neggers, Drian Colombe Siegenthaler-Le y Francesco Isotta. "Evaluation of boundary layer cloud parameterizations in the ECHAM5 general circulation model using CALIPSO and CloudSat satellite data". Universitätsbibliothek Leipzig, 2015. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-177343.

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Resumen

Three different boundary layer cloud models are incorporated into the ECHAM5 general circulation model (GCM) and compared to CloudSat and CALIPSO satellite observations. The first boundary layer model builds upon the standard Tiedtke (1989) parameterization for shallow convection with an adapted convective trigger; the second is a bulk parameterization of the effects of transient shallow cumulus clouds; and lastly the Dual Mass Flux (DMF) scheme adjusted to better represent shallow convection. The three schemes improved (Sub)Tropical oceanic low-level cloud cover, however, the fraction of low-level cloud cover remains underestimated compared to CALIPSO observations. The representation of precipitation was improved by all schemes as they reduced the frequency of light intensity events <0.01 mm d-1, which were found to dominate the radar reflectivity histograms as well as be the greatest source of differences between ECHAM5 and CloudSat radar reflectivity histograms. For both lidar and radar diagnostics, the differences amongst the schemes are smaller than the differences compared to observations. While the DMF approach remains experimental, as its top-of-atmosphere radiative balance has not been retuned, it shows the most promise in producing nonprecipitating boundary layer clouds. With its internally consistent boundary layer scheme that uses the same bimodal joint distribution with a diffusive and an updraft component for clouds and turbulent transport, the ECHAM5_DMF produces the most realistic boundary layer depth as indicated by the cloud field. In addition, it reduced the frequency of large-scale precipitation intensities of <0.01 mm d-1 the greatest.

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Navy, Patrice. "Recalage semi-dense d'images satellite". Antilles-Guyane, 2008. http://www.theses.fr/2008AGUY0186.

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Resumen

Cette thèse traite du problème du recalage de couples d'images satellite. Notre méthode est basée sur le recalage de clusters de points extraits dans les images. Nous avons donc choisi de recaler globalement ces clusters de points par une approche géométrique. Pour cela, nous définissons une fonction coût qui évalue la qualité d'une homographie puis nous optimisons cette fonction par une méthode de recuit simulé appliquée aux paramètres de l'homographie. La recherche de cette solution n'est pas aisée lorsque ces paramètres sont les coefficients mathématiques de l'homographie. Ainsi, en partant de l'idée qu'un petit déplacement de ces coefficients peut entraîner une variation plus grande des conditions de captures des images, nous avons préféré mettre en place un modèle des homographies basé sur les paramètres de prises de vue des images. Nous montrons que l'utilisation de ces "paramètres physiques" facilite la recherche de l'homographie solution par notre méthode de recalage. Nous caractérisons ensuite notre méthode de recalage sous plusieurs angles. Premièrement, nous étudions le taux de succès que fournit notre méthode en fonction du nombre de points présents dans un cluster et n'ayant pas de correspondant dans l'autre cluster. Cette étude nous donne le pourcentage de ces "points intrus" acceptables pour notre méthode. Deuxièmement, nous recherchons un détecteur de points donnant un tel pourcentage en utilisant les contraintes propres à notre problématique. Pour finir, nous présentons deux exemples de recalage d'images sur des couples réels d'images satellite
This work is about satellite images matching. Our method is based on the matching of the clusters of extracted points in the images. We chose to match these clusters in their globality by a geometrical approach. For that, we define a cost function which evaluates the homography quality and we optimize this function with a simulated annealing method on the homography parameters. The search for this solution is not easy when these parameters are the mathematical coefficients of the homography. Thus, on the idea that a small variation of these coefficients can involve a larger variation of the capture conditions, we preferred to set up an homography model based on the capture parameters. We show that the use of these "physical parameters" facilitates the homography research as a solution to our matching method. Then, we characterize our matching method under several angles. Firstly, we study the success rate of our method according to the number of points present in a cluster without correspondent in the other cluster. This study gives us the percentage of these "outliers points" which is acceptable for our method. Secondly, we search a detector of points giving such a percentage by using our matching problem constraints. To finish, we present two examples of images matching with real couples of satellite images

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Gullström, Cecilia. "Use of Satellite Data for Prediction of Weather Impact on EO-Systems". Thesis, Linköpings universitet, Institutionen för fysik, kemi och biologi, 2018. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:liu:diva-152284.

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Resumen

To predict the performance of an electro-optical sensor system (EO-system) requires taking the weather situation into consideration. The possibility to use weather data from satellites instead of ground – and flight stations has been investigated. Nearly 170 satellites (about 10% of the functional satellites in orbit) were found to have atmosphere and weather monitoring. A method to select satellite data has been created based on three criteria: (1) the satellite should have a least one payload that measure a weather parameter for EO-system, (2) it should be possible to download data, free of charge, from the specified payload and (3) the satellite should cover geographical areas of interest for a potential user. The investigated performance property is the range, which is affected by many weather parameters, and focus has been on aerosols. The mean value for the aerosol extinction coefficient, for day- and nighttime conditions in December 2016, from the satellite CALIPSO’s lidar instrument Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization (CALIOP) has been downloaded from www.earthdata.nasa.gov and implemented in a new developed application to predict the range for an EO-system. In the satellite data, from December 2016, it could be seen that the presence of aerosols, on a global scale, appears below 5 km and that the concentration of aerosols for nighttime condition is higher in local areas. For the test wavelength band of 0.9–2.5 µm, the application showed that the aerosol impact reduced the range by nearly 87%, if the EO-system was in a layer with aerosols. The application for the range prediction of EO-systems is on an early stage and need further development, especially its weather and scene parameters, to become a successful tool for a potential user in the future.
Att förutsäga prestandan hos ett elektro-optiskt sensorsystem (EO-system) kräver att man tar hänsyn till bland annat förhållandet i atmosfären. Möjligheten att använda väderdata från satelliter istället för mark- och flygstationer har undersökts. Det hittades nästan 170 satelliter (cirka 10% av de fungerande satelliterna i omloppsbana) med inriktning på atmosfär- och väderövervakning. En metod för att välja ut satellitdata har skapats som baseras på tre kriterier: (1) satelliten ska ha minst ett instrument som mäter en väderparameter för EO-system, (2) man ska, från internet, kunna ladda ner mätdata från det specifika instrumentet och (3) satelliten ska passera över ett område som är av intresse för en potentiell användare. Den prestandaegenskap som har undersökts är räckvidden, som påverkas av flera väderparametrar, där fokus har legat på inverkan från aerosoler. Medelvärdet för extinktionskoefficienten av aerosoler, för dag och natt i december 2016, från satelliten CALIPSO’s lidarinstrument Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization (CALIOP) laddades ner från www.earthdata.nasa.gov och användes i en nyutvecklad applikation för att förutsäga räckvidden hos ett EO-system. Från satellitens mätningar i december 2016 kunde man se att förekomsten av aerosoler mestadels befann sig, globalt sett, uppdelat i olika lager under 5 km höjd och att koncentrationen av aerosoler är högre på natten i lokala områden. Applikationens beräkningar visade att förekomsten av aerosoler påverkade räckvidden för exempel våglängdsbandet 0.9–2.5 µm med en försämring upp till 87% när EO-systemet befann sig i ett skikt av aerosoler. Applikationen för att förutsäga räckvidden hos EO-system är i dess begynnelse och kräver vidareutveckling av både väder- och scenparametrar för att det ska bli ett framgångsrikt verktyg.

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Nam, Christine C. W., Johannes Quaas, Roel Neggers, Drian Colombe Siegenthaler-Le y Francesco Isotta. "Evaluation of boundary layer cloud parameterizations in the ECHAM5 general circulation model using CALIPSO and CloudSat satellite data". American Geophysical Union (AGU), 2014. https://ul.qucosa.de/id/qucosa%3A13458.

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Three different boundary layer cloud models are incorporated into the ECHAM5 general circulation model (GCM) and compared to CloudSat and CALIPSO satellite observations. The first boundary layer model builds upon the standard Tiedtke (1989) parameterization for shallow convection with an adapted convective trigger; the second is a bulk parameterization of the effects of transient shallow cumulus clouds; and lastly the Dual Mass Flux (DMF) scheme adjusted to better represent shallow convection. The three schemes improved (Sub)Tropical oceanic low-level cloud cover, however, the fraction of low-level cloud cover remains underestimated compared to CALIPSO observations. The representation of precipitation was improved by all schemes as they reduced the frequency of light intensity events <0.01 mm d-1, which were found to dominate the radar reflectivity histograms as well as be the greatest source of differences between ECHAM5 and CloudSat radar reflectivity histograms. For both lidar and radar diagnostics, the differences amongst the schemes are smaller than the differences compared to observations. While the DMF approach remains experimental, as its top-of-atmosphere radiative balance has not been retuned, it shows the most promise in producing nonprecipitating boundary layer clouds. With its internally consistent boundary layer scheme that uses the same bimodal joint distribution with a diffusive and an updraft component for clouds and turbulent transport, the ECHAM5_DMF produces the most realistic boundary layer depth as indicated by the cloud field. In addition, it reduced the frequency of large-scale precipitation intensities of <0.01 mm d-1 the greatest.

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Bernardo, Frédéric. "Télédétection satellite micro-onde de variables atmosphériques et de surface". Paris 6, 2013. http://www.theses.fr/2013PA066051.

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L'objectif de ce travail de thèse est la restitution conjointe de profils atmosphériques et de propriétés de surface, sur l'océan comme sur les continents, à partir des observations satellite micro-ondes. La méthode proposée, à base de réseaux de neurones, est très générale et s'étend donc facilement a�� diverses configurations instrumentales. Ainsi, le développement de l'algorithme pour la préparation de la mission Megha-Tropiques s'est appuyé sur les instruments AMSR-E et HSB sur AQUA, et AMSU/A et MHS sur METOP. L'inversion est paramétrée à partir d'analyses de l'ECMWF et de simulations issues d'un modèle de transfert radiatif. Au-dessus des terres, la forte contribution de la surface rend nécessaire l'utilisation d'un estimateur d'émissivité micro-onde, TELSEM. Celui-ci fut développé à partir des observations SSM/I et intégré en tant que module officiel du modèle de transfert radiatif communautaire RTTOV. Une approche innovante de calibration des observations satellites, nécessaire avant toute inversion, à été élaborée et améliore considérablement les restitutions. Une chaine opérationnelle complète a ainsi pu être proposée pour les plate-formes AQUA, METOP et Megha-Tropiques. La restitution des profils de vapeur d'eau à partir des observations microondes est de bonne qualité, sur terre comme au dessus des océans, pour des situations claires et nuageuses. Une validation approfondie des résultats a été effectuée en utilisant une base globale de radiosondages. Dans un second temps, nous avons exploité notre approche pour l'étude d'un concept instrumental dans les microondes, Microwat. Cet instrument de nouvelle génération a pour objectif de restituer, à haute résolution spatiale, la température et les vents de surface au-dessus des océans. Ce nouvel instrument est en cours d'étude à l'ESA
The objective of this thesis is the joint retrieval of atmospheric profiles and surface properties over land and ocean from satellite microwave observations. Our retrieval method is based on neural networks. This technique is very general and can be easily extended to various instrumental configurations. The development of the algorithm for the preparation of the Megha-Tropiques mission relied on AMSR-E and HSB instrument on Aqua and AMSU/A and MHS on MetOp. The method is parameterized with ECMWF analysis and simulations with a radiative transfer model. Over land, the strong contribution of the surface requires the use of a microwave emissivity estimator, TELSEM. It is developed from SSM/I observations and integrated as an official module in the radiative transfer model RTTOV. An innovative calibration approach for satellite observations, necessary before any inversion, is developed and greatly improves the retrievals. A full operational chain is proposed for AQUA, METOP and Megha-Tropiques platforms. The retrieval of water vapor profiles from microwave observations performs as well over land and ocean, for clear and cloudy conditions. A thorough validation of the results is performed using a global base of radiosondes. In a second phase, a similar approach is used for the study of an instrument concept, Microwat, for the retrieval of ocean surface temperature from microwave observations, under clear and cloudy conditions, with a high spatial resolution. This new instrument is studied by ESA

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Nam, Christine C. W. y Johannes Quaas. "Evaluation of clouds and precipitation in the ECHAM5 general circulation model using CALIPSO and CloudSat satellite data". Universitätsbibliothek Leipzig, 2015. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-177621.

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Observations from Cloud–Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations (CALIPSO) and CloudSat satellites are used to evaluate clouds and precipitation in the ECHAM5 general circulation model. Active lidar and radar instruments on board CALIPSO and CloudSat allow the vertical distribution of clouds and their optical properties to be studied on a global scale. To evaluate the clouds modeled by ECHAM5 with CALIPSO and CloudSat, the lidar and radar satellite simulators of the Cloud Feedback Model Intercomparison Project’s Observation Simulator Package are used. Comparison of ECHAM5 with CALIPSO and CloudSat found large-scale features resolved by the model, such as the Hadley circulation, are captured well. The lidar simulator demonstrated ECHAM5 overestimates the amount of high-level clouds, particularly optically thin clouds. High-altitude clouds in ECHAM5 consistently produced greater lidar scattering ratios compared with CALIPSO. Consequently, the lidar signal in ECHAM5 frequently attenuated high in the atmosphere. The large scattering ratios were due to an underestimation of effective ice crystal radii in ECHAM5. Doubling the effective ice crystal radii improved the scattering ratios and frequency of attenuation. Additionally, doubling the effective ice crystal radii improved the detection of ECHAM5’s highest-level clouds by the radar simulator, in better agreement with CloudSat. ECHAM5 was also shown to significantly underestimate midlevel clouds and (sub)tropical low-level clouds. The low-level clouds produced were consistently perceived by the lidar simulator as too optically thick. The radar simulator demonstrated ECHAM5 overestimates the frequency of precipitation, yet underestimates its intensity compared with CloudSat observations. These findings imply compensating mechanisms inECHAM5 balance out the radiative imbalance caused by incorrect optical properties of clouds and consistently large hydrometeors in the atmosphere.

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Nam, Christine C. W. y Johannes Quaas. "Evaluation of clouds and precipitation in the ECHAM5 general circulation model using CALIPSO and CloudSat satellite data". American Meteorological Society, 2012. https://ul.qucosa.de/id/qucosa%3A13468.

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Observations from Cloud–Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations (CALIPSO) and CloudSat satellites are used to evaluate clouds and precipitation in the ECHAM5 general circulation model. Active lidar and radar instruments on board CALIPSO and CloudSat allow the vertical distribution of clouds and their optical properties to be studied on a global scale. To evaluate the clouds modeled by ECHAM5 with CALIPSO and CloudSat, the lidar and radar satellite simulators of the Cloud Feedback Model Intercomparison Project’s Observation Simulator Package are used. Comparison of ECHAM5 with CALIPSO and CloudSat found large-scale features resolved by the model, such as the Hadley circulation, are captured well. The lidar simulator demonstrated ECHAM5 overestimates the amount of high-level clouds, particularly optically thin clouds. High-altitude clouds in ECHAM5 consistently produced greater lidar scattering ratios compared with CALIPSO. Consequently, the lidar signal in ECHAM5 frequently attenuated high in the atmosphere. The large scattering ratios were due to an underestimation of effective ice crystal radii in ECHAM5. Doubling the effective ice crystal radii improved the scattering ratios and frequency of attenuation. Additionally, doubling the effective ice crystal radii improved the detection of ECHAM5’s highest-level clouds by the radar simulator, in better agreement with CloudSat. ECHAM5 was also shown to significantly underestimate midlevel clouds and (sub)tropical low-level clouds. The low-level clouds produced were consistently perceived by the lidar simulator as too optically thick. The radar simulator demonstrated ECHAM5 overestimates the frequency of precipitation, yet underestimates its intensity compared with CloudSat observations. These findings imply compensating mechanisms inECHAM5 balance out the radiative imbalance caused by incorrect optical properties of clouds and consistently large hydrometeors in the atmosphere.

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Pébayle, Josée. "L'Intérêt en géographie des données du satellite Spot (à partir de simulations)". Paris 1, 1986. http://www.theses.fr/1986PA010536.

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Vernier, Jean-Paul. "Les aérosols et le transport dans la haute troposphère et la stratosphère tropicale à partir des mesures du lidar spatial CALIPSO". Versailles-St Quentin en Yvelines, 2010. http://www.theses.fr/2010VERS0006.

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Resumen

Ce travail de thèse porte sur la description des aérosols stratosphériques et des mécanismes de transport responsables de leur évolution dans le temps à partir des deux premières années d’observations du lidar CALIOP embarqué sur le satellite franco-américain CALIPSO, lancé en mai 2006. Les algorithmes de traitement développés ont permis de montrer : a) l’influence des éruptions volcaniques moyennes qui représentent une source importante d’aérosols dans la moyenne stratosphère jusqu’à maintenant ignorée ; b) le découplage entre la basse et moyenne stratosphère tropicale avec un minimum de vitesse verticale à 20km surmonté par la lente ascension de la circulation de Brewer-Dobson modulée par les phases de l’oscillation quasi-biennale ;c) l’injection d’air propre jusqu’à 20km dans les régions équatoriales en hiver boréal qui coïncide avec la période de convection la plus intense au dessus des continents tropicaux de l’hémisphère sud, et enfin ; d) la présence d’un résidu d’aérosols entre 15 et 18km au dessus des régions de mousson en Afrique de l’Ouest et en Asie qui pourrait correspondre à des poussières minérales transportées par la convection limitrophe aux déserts du Sahara et de Gobi
This PhD work deals with the study of stratospheric aerosols and transport processes responsible for their time evolution from the first two years observations of the CALIOP lidar carried on the French-US CALIPSO satellite launched in May 2006. Aerosols retrieval algorithms developed have shown: a) the impact of medium-scale volcanic eruptions which represent an important source of aerosols in the stratosphere, ignored until now; b) the decoupling of the mid- and lower stratosphere at 20km separated by a region of zero vertical velocity, surmounted by the slow ascent of the Brewer-Dobson circulation modulated by the Quasi-Biennal Oscillation; c) the injection of clean air until 20km in the equatorial region during the boreal winter, likely washed out in the troposphere and rapidly transport in the most convective regions located above the tropical continents of the south hemisphere. D) the occurrence of aerosols between 15 and 18km above West Africa and Asia during their respective monsoon season, which could be small mineral dust lifted by convection from Sahara and Gobi deserts

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Yang, Tai-Feng. "Télédétection multi-satellite des propriétés des systèmes convectifs de l'Océan Indien : observation pendant la mousson d'hiver". Palaiseau, Ecole polytechnique, 2005. http://www.theses.fr/2005EPXX0020.

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Brisset, Laurence. "La calotte est Antarctique observée par l'altimètre ERS-1 : aspects stationnaire et dynamique". Paris 7, 1996. http://www.theses.fr/1996PA077178.

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Resumen

Pour la première fois, l'altimètre du satellite ERS-1 permet un suivi global et permanent de la topographie de surface de 80 pour cent de la calotte antarctique. L'altimétrie satellitaire représente donc un outil précieux conduisant à une meilleure connaissanc des différents mécanismes qui interviennent dans la structure et l'évolution de la calotte glaciaire. Cette étude permet non seulement de déterminer avec précision les caractéristiques de l'écoulement des glaces , proposant ainsi une contrainte supplémentaire dans les modèles de bilan de masse, mais aussi de mettre en évidence les évolutions spatio-temporelles de la morphologie des calottes et l'interaction avec le climat. Le traitement global d'un cycle de 35 jours avec une méthode inverse généralisée propose une topographie précise de la calotte et met en évidence les différentes échelles présentes. L'étude à grande échelle mène à la dé́termination précise des paramètres rhéologiques. L'étude plus detaillée laisse apparaitre des ondulations sur des longueurs d'onde d'environ 20 km qui reflètent le socle rocheux et des ondulations de quelques dizaines de km sur quelques centaines de kilometres probablement liées à des anomalies d'écoulement à l'interface socle/glace. Enfin, une étude variationnelle sur cinq cycles repartis sur un an de données montre sans ambiguité que la mesure altimétrique subit des variations de plusieurs decimètres en l'espace de plusieurs jours et de quelques dizaines de kilometres, liées a des modifications de la physique de l'interaction onde/surface. Ces variations, probablement d'origine météorologiques montrent qu'il est indispensable de ne pas dissocier la mesure altimétrique des paramètres caractéristiques de l'onde radar, qui peut apporter des informations sur la structure des premiers mètres de glace

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Jang, Jae-Dong. "Evaluation of thermal-water stress of forest in southern Québec from satellite images". Thesis, Université Laval, 2004. http://www.theses.ulaval.ca/2004/21726/21726.pdf.

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Resumen

Le stress hydro-thermique a été évalué pour la région du sud du Québec à l’aide des images SPOT VEGETATION (VGT) et NOAA AVHRR, pour deux saisons de croissance (1999 et 2000). Pour extraire la température de surface à l’aide des images AVHRR, l’algorithme ‘split-window’ (Coll et al., 1994b) a été choisi suite à la comparaison avec six algorithmes connus. Les réseaux de neurones artificiels ont été entraînés pour la détection des nuages sur les données quotidiennes synthèses (S1) et les données P. Cette analyse montre que les réseaux identifient les nuages avec plus de précision que le masque standard fourni avec les données. Les réseaux détectent non seulement les nuages épais et brillants, mais également les nuages minces et peu brillants. Comme autre application, les réseaux ont été employés pour estimer la température de l'air. Les variables d’entrées pour les réseaux étaient les cinq bandes de l'image AVHRR, l'altitude de surface, l'angle de zénith solaire, et le jour julien. Le réseau utilisant toutes les données d’entrée a fourni les meilleurs résultats, avec 22 noeuds dans la couche cachée. Le ‘normalized difference vegetation index’ (NDVI) et le ‘normalized difference water index’ (NDWI) sont déduits de SPOT VGT pour évaluer l’état hydrique végétal et la température de surface a été obtenu des images AVHRR pour l’état thermique. Ces deux indices de végétation forment un nouvel indice d’humidité normalisée (NMI) qui s’est révélé inversement corrélé à la température de surface. Un trapèze, exploitant les valeurs de la température de surface et du NMI, permet d’identifier le statut hydro-thermique du couvert végétal. Ces résultats sont validés par une comparaison avec les indices forêt-météo de la méthode canadienne.
The thermal-water stress of the vegetation canopy was evaluated for southern region Québec from SPOT VEGETATION (VGT) and NOAA AVHRR images, and for the 1999 and 2000 reproduction seasons. To retrieve surface temperatures from AVHRR images, the algorithm of Coll et al. (1994b) was found to be the optimal method for our study area by comparing six algorithms. Artificial Neural Networks (ANNs) were trained for cloud detection on daily synthesis (S1) and P data of the SPOT VGT system. The analysis demonstrated the superior classification of the network over the standard cloud masks provided with the data. The network detected not only bright thick clouds but also thin or darker clouds. As another application study, ANNs were employed for estimating air temperatures. The input variables for the networks were the five bands of the AVHRR image, surface altitude, the solar zenith angle, and Julian day. The network using all the input data provided the best results, with 22 nodes in the hidden layer. The Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and the Normalized Difference Water Index (NDWI) were derived from SPOT VGT for evaluating vegetation water status and surface temperature was retrieved from AVHRR for the thermal status. The two vegetation indices were integrated for evaluating the vegetation condition and water status as a new index, namely the Normalized Moisture Index (NMI). A trapezoid was defined by the NMI and by surface temperature and the thermal-water status of the vegetation canopy was determined according to the four sectors of the trapezoid. The thermal-water status was validated by comparing it with the indices of the Canadian Forest Fire Weather Index System.

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Jean, Isabelle. "Contrôle autonome d'orbite pour un satellite de télédétection utilisant la propulsion faible". Mémoire, Université de Sherbrooke, 2004. http://savoirs.usherbrooke.ca/handle/11143/1253.

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Resumen

Les satellites d'observation de la Terre sont typiquement placés sur des orbites basses héliosynchrones, c'est-à-dire dont le plan d'orbite conserve toujours la même orientation par rapport au soleil. Afin de maintenir certaines caractéristiques orbitales demandées par une mission, le contrôle d'orbite peut devenir nécessaire pour combattre la traînée aérodynamique et autres perturbations dominantes de ce type d'orbite. Certaines missions pourraient même vouloir bénéficier de modifications à leur orbite normale afin de visiter plus fréquemment certains sites terrestres (désastres naturels, marées noires, etc.) ou, encore, afin d'avoir un meilleur angle de visée vers le site. Deux types de propulsion peuvent être envisagés pour la correction et le contrôle d'orbites: la propulsion chimique et la propulsion électrique (dite faible). La très haute efficacité massique des propulseurs électriques est particulièrement intéressante, comparée à celle des propulseurs chimiques, puisqu'elle permet de réduire la masse de carburant nécessaire pour modifier une orbite. La faible propulsion et les effets à long terme en résultant demandent une précision particulière au guidage afin de pouvoir appliquer le contrôle du satellite de façon efficace. Ce mémoire présente les techniques de contrôle et de guidage autonome d'orbite d'un satellite de télédétection utilisant la propulsion faible, avec l'objectif de maintenir une orbite de référence ou de la modifier afin de survoler un site terrestre donné.

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Buzzi, Aurora. "DEMETER Satellite data analysis of seismo-electromagnetic signals". Orléans, 2007. http://www.theses.fr/2007ORLE2014.

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Delanoë, Julien. "Modèle inverse et algorithmique pour exploiter la synergie radar-lidar dans les missions en tandem CLOUDSAT et Calipso ou dans la mission EARTH-CARE". Versailles-St Quentin en Yvelines, 2005. http://www.theses.fr/2005VERS0026.

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Resumen

Lorsqu'on parle de réchauffement climatique, on ne peut négliger les effets directs et indirects des nuages de glace non précipitants sur le bilan radiatif de notre planète. Ces nuages, pas assez documentés aujourd'hui, constituent le fond de commerce de cette thèse. Nous avons développé des méthodes radar et radar/lidar permettant de documenter les propriétés microphysiques et radiatives des nuages de glace non précipitants. A partir d'une de ces méthodes (la méthode radar : RadOn) nous avons établi et discuté une climatologie nuageuse au-dessus de trois sites Européens participant au projet européen CloudNET. Nous avons également comparé les résultats de cette climatologie avec la représentation des nuages dans quatre modèles de prévision européens. Tout ceci dans le cadre de la préparation des futures missions spatiales, CloudSat/Calipso et EarthCare
Regarding climate change, direct and indirect effects of the non precipitating ice clouds are essential contributors to the earth radiation balance. The cloud properties are however still not well documented. Therefore, during this PhD we have developed radar and radar/lidar methods in order to document the microphysical and radiative properties of the non precipitating clouds. Using the new radar method (RadOn) we have developed and discussed a cloud climatology over three European sites in the framework of the European CloudNET project. We have also compared the climatology results to the representation of clouds in four European weather forecast models. In the framework of the preparation of the future spatial missions, CloudSat/Calipso and EarthCare

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Djamai, Najib. "Exploitation des images satellitaires Modis-Terra pour la caractérisation des états de surface : cas de la Tunisie". Thesis, Université Laval, 2010. http://www.theses.ulaval.ca/2010/27678/27678.pdf.

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RENOUARD, LAURENT. "Restitution automatique du relief a partir de couples stereoscopiques d'images du satellite spot". Palaiseau, École polytechnique, 1991. http://www.theses.fr/1991EPXX0023.

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Resumen

Mesurer le relief de la planete a partir d'images satellitaires, telle est la possibilite offerte par spot depuis 1986. En schematisant, spot est un appareil photographique place en orbite, muni d'un puissant teleobjectif que l'on peut orienter vers la terre dans la direction de la zone a photographier. Pratiquement cette capacite est obtenue au moyen d'un miroir orientable qui permet au satellite spot de regarder soit vers l'est, soit vers l'ouest, tout en se deplacant sur son orbite qui joint les deux poles. L'ensemble des techniques employees pour mesurer des altitudes releve de la photogrammetrie. On y utilise des methodes provenant de nombreux domaines appliques, les plus recents etant la mecanique spatiale et le traitement d'image. Cette these fait un bilan des travaux commences en 1985, qui montrent la faisabilite de l'extraction automatique du relief a partir de couples stereoscopiques d'images spot, et presente un ensemble de perspectives pour le domaine de la photogrammetrie numerique

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Deschamps-Berger, César. "Apport de la photogrammétrie satellite pour la modélisation du manteau neigeux". Thesis, Toulouse 3, 2021. http://www.theses.fr/2021TOU30044.

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Resumen

Le manteau neigeux en montagne est une ressource importante pour les écosystèmes et les activités humaines comme l'irrigation, l'approvisionnement en eau des populations, la production hydroélectrique et l'économie touristique. Il représente aussi un risque dans les zones exposées aux avalanches. L'étude et le suivi du manteau neigeux en montagne s'appuie souvent sur des réseaux de mesure, des observations par télédétection et de la modélisation. Les avancées récentes en photogrammétrie satellite offrent de nouvelles perspectives pour compléter les réseaux de mesures qui sont souvent insuffisants vis-à-vis de la forte variabilité spatiale du manteau neigeux. Une méthode de cartographie de la hauteur de neige à partir d'images stéréoscopiques Pléiades est présentée et appliquée sur plusieurs sites. La comparaison avec une carte de référence par lidar aéroporté fournit une estimation de l'erreur des produits de photogrammétrie satellite sur un bassin versant de Californie (États-Unis). A l'échelle d'un pixel de 3 m, l'erreur standard est de 0,7 m. L'erreur décroît à ~0,3 m lorsque les mesures sont moyennées sur des surfaces supérieures à 103 m². Avec cette précision, les cartes de hauteur de neige par photogrammétrie satellite permettent d'observer les processus modelant le manteau neigeux en montagne (transport par le vent, avalanche), de mesurer le volume de neige sur des zones de plus 100 km² et de décrire la variabilité spatiale du manteau. Une série de cartes de hauteur de neige est assimilée dans la chaine de modélisation SAFRAN-Crocus afin d'évaluer le potentiel de ces données pour améliorer la représentation spatiale des propriétés physiques du manteau neigeux. Un filtre particulaire est utilisé pour assimiler une carte de hauteur de neige par hiver pendant cinq hivers sur un bassin versant des Pyrénées. L'assimilation corrige des biais dans les précipitations initialement sous-estimées à haute altitude et introduit une variabilité spatiale autrement absente des forçages et des processus modélisés. Cette combinaison innovante de produits de télédétection satellite et d'un modèle complexe spatialisé offre de nouvelles perspectives pour l'estimation de la ressource en eau en montagne et du risque avalanche
Mountain snowpack is a major resource for ecosystems and human activities. It supplies water for crop irrigation, human consumption, hydropower industries and the tourism sector. It is also a cause of damage in avalanche prone areas. The monitoring and study of mountain snowpack usually rely on field measurement networks, close range remote sensing and modeling. Recent improvements in satellite photogrammetry provide an alternative to measure the high spatial variability of the snowpack, which cannot be sampled by automatic networks. The results presented here, contribute to improve the mapping of snow-depth in mountains with satellite photogrammetry, a key variable for hydrology and risk assessment. Snow-depth maps from pairs and triplets of stereo images of the Pléiades satellite are calculated at several sites. The comparison with a reference snow-depth map measured with airborne lidar in California (USA), provides a robust estimation of the satellite products error. At the 3 m pixel scale, the standard error is about 0.7 m. The error decreases to 0.3 m when the snow-depth maps are averaged over areas greater than 103 m2. With this accuracy, Pléiades snow-depth maps allow the observation of the processes modeling mountain snowpack (wind transport, avalanche), the measurement of the snow volume over a 100 km2 area and the description of the spatial variability of the snowpack. The assimilation of such satellite snow-depth maps in the SAFRAN-Crocus snowpack model, resulted in promising outcomes for a mountainous catchment in the Pyrenees. A particle filter is used on a regular grid with 250 m spacing over five winters with one assimilation date per winter, near peak accumulation. The assimilation corrects an underestimation of the precipitation in the meteorological forcings. It also introduces spatial variability otherwise lacking in the forcings and the processes modeled. This innovative use of satellite products and complex spatial modeling, could help address the challenge of estimating snow distribution in the world's mountains

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Albarelo, Tommy. "Estimation de l'Irradiation Solaire sur le Plateau des Guyanes : apport de la Télédétection Satellite". Thesis, Guyane, 2016. http://www.theses.fr/2016YANE0008/document.

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Resumen

La connaissance du rayonnement solaire, ou irradiation solaire, à la surface de la Terre est d’un grand intérêt dans de nombreux domaines. Cependant le développement de systèmes utilisant l’énergie solaire nécessitent des données sur le rayonnement solaire denses (spatialement et temporellement) et suffisamment précises pour simuler, concevoir, gérer et optimiser le fonctionnement de ces systèmes. L’objectif principal de cette thèse est de concevoir et développer une méthode d'estimation de l'irradiation solaire applicable à la zone intertropicale. Les travaux de la première partie se concentrent sur la recherche d’une solution méthodologique pour estimer le l’irradiation solaire sur la partie Nord du continent Sud-Américain (Plateau des Guyanes) avec une haute résolution spatiale et temporelle et une précision similaire à celle des aux autres méthodes opérationnelles sous d’autres climats. Dans la deuxième partie, nous proposons d’améliorer les estimations d’irradiation solaire obtenues dans la première partie, notamment celles faites en ciel couvert. Le Plateau des Guyanes étant une zone fortement affectée par la ZIC et avec des passages nuageux très fréquents, il nous est apparu nécessaire de compléter les modifications apportées à la méthode originelle en introduisant une modélisation du ciel couvert. Dans la troisième partie, nous proposons de réaliser des cartographies d’indicateurs en utilisant les estimations d’irradiation obtenues avec la méthode Heliosat-2 modifiée. Enfin, nous concluons sur les avancées obtenues en termes de connaissance sur l’irradiation solaire et sur son exploitabilité sur le Plateau des Guyanes
Knowledge of solar radiation, or solar irradiation, at Earth’s surface is of great interest in many fields. However, the development of systems using solar energy need spatially and temporally dense data on solar radiation, sufficiently accurate to simulate, design, generate and optimize the operation of these systems.The main objective of this thesis is to design and develop a method to assess solar irradiation applicable on intertropical regions. The works of the first part focus on the search of a methodological solution to assess solar irradiation on the northern part of the South American continent (Guiana Shield) with a high temporal and spatial resolution and accuracy on the same level of other operational methods under other climates. In the second part, we propose to improve the solar irradiation assessments obtained in the first part, notably those done in cloudy sky. The Guiana Shield being a zone strongly affected by the ITCZ and with recurrent cloudy periods, it appeared necessary to us to complete the changes brought to the original method by introducing a modeling of the cloudy sky. In the third part, we propose to produce maps of indicators by using the assessments of solar irradiation obtained with the modified Heliosat-2 method. Finally, we conclude on the advances obtained in terms of knowledge on solar irradiation and its exploitability on the Guiana Shield

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Ringard, Justine. "Estimation des précipitations sur le plateau des Guyanes par l'apport de la télédétection satellite". Thesis, Guyane, 2017. http://www.theses.fr/2017YANE0010/document.

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Resumen

Le plateau des Guyanes est une région qui est caractérisée à 90% d’une forêt tropicale primaire et compte pour environ 20% des réserves mondiales d’eau douce. Ce territoire naturel, au vaste réseau hydrographique, montre des intensités pluviométriques annuelles atteignant 4000 mm/an ; ce qui fait de ce plateau une des régions les plus arrosées du monde. De plus les précipitations tropicales sont caractérisées par une variabilité spatiale et temporelle importante. Outre les aspects liés au climat, l’impact des précipitations dans cette région du globe est important en termes d’alimentation énergétique (barrages hydroélectriques). Il est donc important de développer des outils permettant d’estimer quantitativement et qualitativement et à haute résolution spatiale et temporelle les précipitations dans cette zone. Cependant ce vaste espace géographique est caractérisé par un réseau de stations pluviométriques peu développé et hétérogène, ce qui a pour conséquence une méconnaissance de la répartition spatio-temporelle précise des précipitations et de leurs dynamiques.Les travaux réalisées dans cette thèse visent à améliorer la connaissance des précipitations sur le plateau des Guyanes grâce à l’utilisation des données de précipitations satellites (Satellite Precipitation Product : SPP) qui offrent dans cette zone une meilleure résolution spatiale et temporelle que les mesures in situ, au prix d’une qualité moindre en terme de précision.Cette thèse se divise en 3 parties. La première partie compare les performances de quatre produits d’estimations satellitaires sur la zone d’étude et tente de répondre à la question : quelle est la qualité de ces produits au Nord de l’Amazone et sur la Guyane française dans les dimensions spatiales et temporelles ? La seconde partie propose une nouvelle technique de correction de biais des SPP qui procède en trois étapes : i) utiliser les mesures in situ de précipitations pour décomposer la zone étudiée en aires hydro-climatiques ii) paramétrer une méthode de correction de biais appelée quantile mapping sur chacune de ces aires iii) appliquer la méthode de correction aux données satellitaires relatives à chaque aire hydro-climatique. On cherche alors à répondre à la question suivante : est-ce que le paramétrage de la méthode quantile mapping sur différentes aires hydro-climatiques permet de corriger les données satellitaires de précipitations sur la zone d’étude ? Après avoir montré l’intérêt de prendre en compte les différents régimes pluviométriques pour mettre en œuvre la méthode de correction QM sur des données SPP, la troisième partie analyse l’impact de la résolution temporelle des données de précipitations utilisées sur la qualité de la correction et sur l’étendue spatiale des données SPP potentiellement corrigeables (données SPP sur lesquelles la méthode de correction peut s’appliquer avec efficacité). Concrètement l’objectif de cette partie est d’évaluer la capacité de notre méthode à corriger sur une large échelle spatiale le biais des données TRMM-TMPA 3B42V7 en vue de rendre pertinente l’exploitation de ce produit pour différentes applications hydrologiques.Ce travail a permis de corriger les séries satellites journalières à haute résolution spatiale et temporelle sur le plateau des Guyanes selon une approche nouvelle qui utilise la définition de zones hydro-climatiques. Les résultats positifs en terme de réduction du biais et du RMSE obtenus grâce à cette nouvelle approche, rendent possible la généralisation de cette nouvelle méthode dans des zones peu équipées en pluviomètres
The Guiana Shield is a region that is characterized by 90% of a primary rainforest and about 20% of the world’s freshwater reserves. This natural territory, with its vast hydrographic network, shows annual rainfall intensities up to 4000 mm/year; making this plateau one of the most watered regions in the world. In addition, tropical rainfall is characterized by significant spatial and temporal variability. In addition to climate-related aspects, the impact of rainfall in this region of the world is significant in terms of energy supply (hydroelectric dams). It is therefore important to develop tools to estimate quantitatively and qualitatively and at high spatial and temporal resolution the precipitation in this area. However, this vast geographical area is characterized by a network of poorly developed and heterogeneous rain gauges, which results in a lack of knowledge of the precise spatio-temporal distribution of precipitation and their dynamics.The work carried out in this thesis aims to improve the knowledge of precipitation on the Guiana Shield by using Satellite Precipitation Product (SPP) data that offer better spatial and temporal resolution in this area than the in situ measurements, at the cost of poor quality in terms of precision.This thesis is divided into 3 parts. The first part compares the performance of four products of satellite estimates on the study area and attempts to answer the question : what is the quality of these products in the Northern Amazon and French Guiana in spatial and time dimensions ? The second part proposes a new SPP bias correction technique that proceeds in three steps: i) using rain gauges measurements to decompose the studied area into hydro climatic areas ii) parameterizing a bias correction method called quantile mapping on each of these areas iii) apply the correction method to the satellite data for each hydro-climatic area. We then try to answer the following question : does the parameterization of the quantile mapping method on different hydro-climatic areas make it possible to correct the precipitation satellite data on the study area ? After showing the interest of taking into account the different rainfall regimes to implement the QM correction method on SPP data, the third part analyzes the impact of the temporal resolution of the precipitation data used on the quality of the correction and the spatial extent of potentially correctable SPP data (SPP data on which the correction method can be applied effectively). In summary, the objective of this section is to evaluate the ability of our method to correct on a large spatial scale the bias of the TRMM-TMPA 3B42V7 data in order to make the exploitation of this product relevant for different hydrological applications.This work made it possible to correct the daily satellite series with high spatial and temporal resolution on the Guiana Shield using a new approach that uses the definition of hydro-climatic areas. The positive results in terms of reduction of the bias and the RMSE obtained, thanks to this new approach, makes possible the generalization of this new method in sparselygauged areas

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Lorenzi, Luca. "Development of an Innovative System for the Reconstruction of New Generation Satellite Images". Télécom Bretagne, 2012. http://www.telecom-bretagne.eu/publications/publication.php?idpublication=13289.

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Les satellites de télédétection sont devenus incontournables pour la société civile. En effet, les images satellites ont été exploitées avec succès pour traiter plusieurs applications, notamment la surveillance de l'environnement et de la prévention des catastrophes naturelles. Dans les dernières années, l'augmentation de la disponibilité de très haute résolution spatiale (THR) d'images de télédétection abouti à de nouvelles applications potentiellement pertinentes liées au suivi d'utilisation des sols et à la gestion environnementale. Cependant, les capteurs optiques, en raison du fait qu'ils acquièrent directement la lumière réfléchie par le soleil, ils peuvent souffrir de la présence de nuages dans le ciel et / ou d'ombres sur la terre. Il s'agit du problème des données manquantes, qui induit un problème important et crucial, en particulier dans le cas des images THR, où l'augmentation des détails géométriques induit une grande perte d'informations. Dans cette thèse, de nouvelles méthodologies de détection et de reconstruction de la région contenant des données manquantes dans les images THR sont proposées et appliquées sur les zones contaminées par la présence de nuages et / ou d'ombres. En particulier, les contributions méthodologiques proposées comprennent: i) une stratégie multirésolution d'inpainting visant à reconstruire les images contaminées par des nuages ; ii) une nouvelle combinaison d'information radiométrique et des informations de position spatiale dans deux noyaux spécifiques pour effectuer une meilleure reconstitution des régions contaminés par les nuages en adoptant une régression par méthode a vecteurs supports (RMVS) ; iii) l'exploitation de la théorie de l'échantillonnage compressé avec trois stratégies différentes (orthogonal matching pursuit, basis pursuit et une solution d'échantillonnage compressé, basé sur un algorithme génétique) pour la reconstruction d'images contaminés par des nuages; iv) une chaîne de traitement complète qui utilise une méthode à vecteurs de supports (SVM) pour la classification et la détection des zones d'ombre, puis une régression linéaire pour la reconstruction de ces zones, et enfin v) plusieurs critères d'évaluation promptes à évaluer la performance de reconstruction des zones d'ombre. Toutes ces méthodes ont été spécialement développées pour fonctionner avec des images très haute résolution. Les résultats expérimentaux menés sur des données réelles sont présentés afin de montrer et de confirmer la validité de toutes les méthodes proposées. Ils suggèrent que, malgré la complexité des problèmes, il est possible de récupérer de façon acceptable les zones manquantes masquées par les nuages ou rendues erronées les ombres
Remote sensing satellites have demonstrated to be a helpful instrument. Indeed, satellite images have been successfully exploited to deal with several applications including environmental monitoring and prevention of natural disasters. In the last years, the increasing of the availability of very high spatial resolution (VHR) remote sensing images resulted in new potentially relevant applications related to land cover control and environmental management. In particular, optical sensors, due to the fact that they acquire directly the reflected light from the sun, they may suffer from the presence of clouds in the sky and/or of shadows on the earth. This involves the problem of missing data, which may results an important and crucial problem especially in the case of VHR images, where their higher geometrical details induce to bigger lost of information. In this thesis, new methodologies of detection and reconstruction of missing data region in VHR images are proposed and applied on areas contaminated by the presence of clouds and/or shadows. In particular, the proposed methodological contributions include: i) a multiresolution inpainting strategy to reconstruct cloud-contaminated images; ii) a new combination of radiometric information and spatial position information in two specific kernels to perform a better reconstruction of cloud-contaminated regions by adopting a support vector regression (SVR) method; iii) the exploitation of compressive sensing theory adopting three different strategies (orthogonal matching pursuit, basis pursuit and a genetic algorithm solution) for the reconstruction of cloud-contaminated images; iv) a complete processing chain which exploits a support vector machine (SVM) classification for the detection and a linear regression for the reconstruction of specific shadow areas; and v) several evaluation criteria capable to assess the reconstructability of shadow areas. All of them are specifically developed to work with VHR images. Experimental results conducted on real data are reported in order to show and confirm the validity of all the proposed methods. They all suggest that, despite the complexity of the problems, it is possible to recover in a good way missing areas obscured by clouds or shadows

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Kolassa, Jana. "Soil moisture retrieval from multi-instrument satellite observations". Paris 6, 2013. http://www.theses.fr/2013PA066392.

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Dans cette thèse, un algorithme de restitution à base de réseaux de neurones a été développé afin d’estimer l’humidité du sol à partir d’une combinaison d’observations satellitaires en micro-ondes, infrarouge et visible. Une estimation globale des valeurs mensuelles d’humidité du sol a été obtenue pour la période 1993-2000 et est fournie sur une grille à pixel de surface constante avec une résolution équatoriale de 0,25 ◦. Cette estimation de l’humidité du sol a été évaluée avec des données modélisées, des données de télédétec- tion et des observations in situ et a montré une bonne performance à différentes échelles spatiales et temporelles. Une analyse de contenu en information a montré que chacune des différentes observations satellites contribue à une information différente sur l’humidité du sol, avec les données micro-ondes actives plus sensibles à l’évolution temporelle et les données infrarouges thermiques reproduisant mieux les structures spatiales. En outre, une analyse de synergie a révélé que la combinaison de toutes les observations permet une réduction de l’incertitude de restitution de plus de 18 % et que la méthode des réseaux de neurones exploite de manière optimale la synergie des observations par comparaison avec autres approches. Une analyse a démontré la cohérence de l’humidité du sol resti- tuée avec d’autres produits satellitaires réprésentatifs d’autres paramètres hydrologiques (inondations, précipitations) à l’échelle du globe. Cela souligne le potentiel de nôtre jeu de données d’humidité du sol pour les études du cycle de l’eau terrestre. Enfin, il a été démon- tré que la méthode de réseaux de neurones proposée, constitue également un outil efficace pour évaluer les modèles de surface continentale ainsi que la modélisation des processus
In this thesis, a neural network based retrieval algorithm has been developed to compute surface soil moisture from a combination of microwave, infrared and visible satellite obser- vations. A global estimate of monthly mean soil moisture values has been computed for the period 1993-2000 and is provided on an equal-area grid with an equatorial resolution of 0. 25◦. This soil moisture estimate has been evaluated against modelled, remotely sensed and in situ observations and was found to perform well on different spatial and temporal scales. An information content showed that each of the various satellite observations con- tributes information about a different soil moisture variation, with the active microwave data being more sensitive to the temporal evolution and the thermal infrared data better capturing the spatial patterns. Furthermore, a synergy analysis revealed that the combina- tion of all observations permits a reduction of the retrieval uncertainty by more than 18% and that the neural network methodology optimally exploits the synergy of observations compared to other approaches. A joint analysis of various remotely sensed datasets of ter- restrial water cycle components demonstrated the coherence of the retrieved soil moisture with other retrieval products and with global hydrological processes. This underlined its potential to be used for observation-based studies of the terrestrial water cycle. Finally, it has been shown that the proposed neural network methodology also provides an effective tool to evaluate Earth System Models on both a variable and a process basis

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Chakroun, Meriem. "La variabilité des nuages et son rôle sur le climat en Europe : télédétection et simulation régionale". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLV067/document.

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Les nuages sont une composante majeure du système Terre-océan-atmosphère car ils couvrent en moyenne 40% de la surface du globe. Ils contribuent à refroidir la troposphère car ils réfléchissent une part importante du rayonnement solaire (effet d’albédo), mais ils contribuent également à la réchauffer car ils réémettent une partie du rayonnement infrarouge terrestre (effet de serre naturel). La détermination des effets radiatifs des nuages a été identifiée par le GIEC comme l’une des sources principales d’incertitude sur la prévision du climat. Dans ce contexte, la question se pose quant au rôle de la variabilité décennale de ces propriétés nuageuses. Plus particulièrement, on cherche à identifier une possible évolution ou variation des propriétés des nuages et à comprendre l'impact de cette variabilité sur celle du climat régional (température au sol), et inversement : ici, la région d'étude est l'Europe. On sait en effet qu'au 1er ordre le climat régional européen est contrôlé par la circulation atmosphérique de grande échelle (Cattiaux et al., ou Cassou et al., 2005) mais celle-ci ne suffit pas à expliquer certaines anomalies ou extrêmes de température. Des anomalies de propriétés nuageuses sont donc une piste importante à étudier pour expliquer ce type d’événement extrême. Durant cette thèse, nous proposons donc d'appréhender cette question à partir d'observations spatiales et de simulations. Les observations seront celles de l'Aqua-Train : (1) l'instrument MODIS à bord du satellite Aqua permet, à l'aide d'algorithmes développés à la Nasa, de caractériser le forçage radiatif des nuages depuis 9 ans (i.e. leur capacité à refroidir ou à réchauffer); (2) le lidar du satellite CALIPSO couplé au radar du satellite CloudSat nous renseigne sur la structure verticale de ces mêmes couches nuageuses, leurs propriétés précipitantes et microphysiques depuis 7 ans. Les simulations utilisées pour compléter ces observations sont déjà existantes : elles ont été réalisées avec le modèle régional WRF et couvrent l'ensemble de l'Europe sur une période suffisamment longue pour pouvoir travailler sur la variabilité interannuelle à décennale des nuages. L’objet de la thèse est d'analyser à l'échelle régionale les relations entre les anomalies nuageuses et les anomalies de température. On cherchera à comprendre si les propriétés des nuages sont perturbées pour un régime synoptique donné et si ces perturbations peuvent expliquer certaines anomalies de température via leur effet radiatif direct ou plus indirect dans le cas des nuages convectifs. La démarche suivante sera appliquée : (1) Les observations et les simulations seront analysées conjointement pour mieux caractériser les propriétés nuageuses et surtout leur variabilité spatiale et interannuelle. (2) Ce travail de caractérisation des propriétés nuageuses devra se faire pour chaque régime synoptique identifié. Les saisons d'hiver et d'été seront caractérisées grâce aux régimes de l'Oscillation Nord Atlantique (NAO) (en collaboration avec le LSCE), tandis qu'un travail sur les régimes des saisons intermédiaires sera nécessaire. (3) Nous chercherons ensuite à comprendre comment ces propriétés typiques d’un régime sont perturbées. A régime fixé, nous tenterons de relier des anomalies de couverture nuageuse à des anomalies de température, et les périodes identifiées seront étudiées en détail pour comprendre quels sont les mécanismes qui permettent de passer d’une anomalie de l’un à une anomalie de l’autre : en d’autres termes, il s’agira d’estimer si le forçage radiatif de ces « anomalies nuageuses » peut conduire à l’anomalie de température détectée. Les comparaisons entre simulations et observations seront utiles pour analyser ces liens (existent dans les 2, ou uniquement dans l'un et pourquoi). Le travail de thèse pourra alors consister à réaliser de nouvelles simulations afin de mieux comprendre ces relations
We characterize the seasonal and inter-annual variabilities of the clouds fraction profiles in both observations and simulation since they are critical to better assess the impact of clouds on climate variability. The spaceborne lidar onboard CALIPSO, providing cloud vertical profiles since 2006, is used together with a 23-year WRF simulation at 20 km resolution. A lidar simulator helps to compare consistently model with observations. The bias in observations due to the satellite under-sampling is first estimated. Then we examine the vertical variability of both occurrence and properties of clouds. It results that observations indicate a similar occurrence of low and high clouds over continent, and more high than low clouds over the sea except in summer. The simulation shows an overestimate (underestimate) of high (low) clouds comparing to observations, especially in summer. However the seasonal variability of the cloud vertical profiles is well captured by WRF. Concerning inter-annual variability, observations show that in winter, it is twice more important for high clouds than for low clouds, which is well simulated. In summer, the observed inter-annual variability is vertically more homogeneous while the model still simulates more variability for high clouds than for low clouds. The good behavior of the simulation in winter allows us to use the 23 years of simulation and 8 years of observations to estimate the time period required to characterize the natural variability of the cloud fraction profile in winter, i.e the time period required to detect significant anomalies and trends

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Pandey, Rajesh Kumar. "Étude des bassins fluviaux en Inde par télédétection". Toulouse 3, 2013. http://thesesups.ups-tlse.fr/2406/.

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La télédétection est considérée comme un outil important pour étudier l'hydrologie continentale. Elle est utilisée pour estimer les variations de niveau d'eau dans les rivières, les lacs et les plaines inondables, la cartographie des inondations et des zones humides et le suivi de la variation spatio-temporelle des masses d'eau régionale à l'échelle mondiale. L'objectif de cette thèse est d'analyser l'observation de différents types de missions satellitaires: l'altimétrie radar, l'imagerie et la gravimétrie. L'altimétrie satellitaire est couramment utilisée pour l'estimation des niveaux d'eau dans les lacs, les rivières, et les zones inondées. L'altimétrie, combinée à des données in situ permet de calculer les débits des rivières, et combinées à de l'imagerie permet de déterminer des variations de volume d'eau dans les zones inondées ou les lacs. Dans cette thèse, l'altimétrie a été utilisée sur les grands fleuves indiens, et a en particulier permis de calculer les débits dans le delta du Gange et du Brahmapoutre dans la baie du Bengale. Par ailleurs nous avons analysé la dynamique des inondations dans le bassin du Gange et plus précisément dans le nord de l'état de Bihar le long de la rivière Kosi (affluent du Gange) en utilisant des données d'imagerie et d'altimétrie combinées. Enfin les observations de la mission gravimétrique GRACE ont également été utilisées pour étudier la variation de stock d'eau dans les bassins du Gange, du Brahmapoutre, de la Krishna, et de la Godavari
Remote sensing is considered as an important tool to study continental hydrology. Remote sensing observations are used for estimating water level variations in rivers, lakes and flood plains, for mapping of inundation and wetlands and monitoring the spatio-temporal variation of water masses on regional (i. E. At basins scale) to global scale. The objective of this thesis is to analyze observations from various types of satellite missions: radar altimetry, satellite imagery and satellite gravimetry. Satellite Altimetry is used for water stage estimation over inland water bodies. The derived water stage can be used for river discharge estimation, and deriving the river slopes. Altimetry observation combined with satellite imagery is used for determination of surface water volume in flooded zones. In this thesis, altimetry observations are used to derive the water stages in major Indian rivers. Discharge of Ganga and Brahmaputra rivers into Bay of Bengal is also derived. Satellite imagery is used to analyze the flooding in Ganga basin. Altimetry derived result and MODIS imagery are used together in North Bihar in Ganga basin to study the flood dynamics of Kosi. GRACE observations are also used to study the variation of total water storage in the Ganga river basin

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Al-Yaari, Amen Mohammed. "Global-scale evaluation of a hydrological variable measured from space : SMOS satellite remote sensing soil moisture products". Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2014. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2014PA066678.pdf.

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Resumen

L'humidité du sol (SM) contrôle les bilans d’eau et d’énergie des surfaces continentales et joue ainsi un rôle clé dans les domaines de la météorologie, l'hydrologie et l'écologie. La communauté scientifique en télédétection micro-ondes a fait des efforts considérables pour établir des bases de données globales de l’humidité du sol en surface (SSM) découlant d'instruments micro-ondes actifs et passifs. Parmi ces instruments, SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity), lancé en 2009, est le premier satellite passif conçu spécifiquement pour mesurer SSM à partir d’observations en bande L (1.4 GHz) à l'échelle globale. La validation des données SMOS SSM sur différentes régions climatiques et pour des conditions environnementales variées est une étape indispensable avant qu’elles soient utilisées de manière opérationnelle. En effet, une meilleure connaissance de la précision des estimations de SSM et des incertitudes associées permettra non seulement d'améliorer les produits SMOS SSM, mais aussi d'optimiser les approches de fusion de données utilisées pour créer des produits multi-capteurs long terme. De tels produits sont développés dans le cadre du programme Climate Change Initiative (CCI) de l'Agence spatiale européenne (ESA) pour l’ensemble des variables climatiques essentielles (ECV), dont SSM. A la suite des chapitres d'introduction I à III, les résultats de cette thèse sont présentés en trois chapitres. Le chapitre IV présente une comparaison des produits SSM issus des capteurs passifs SMOS (bande L) et AMSR-E (bande C) en prenant pour référence les estimations SSM du système d'assimilation SM-DAS-2 du Centre Européen pour les Prévisions Météorologiques à Moyen Terme (CEPMMT). Cette évaluation est menée sur la période d’observation commune à SMOS et AMSR-E (2010- 2011), en utilisant des indicateurs classiques (corrélation, RMSD, Biais). En parallèle, le chapitre V présente une comparaison des produits SMOS SSM avec les produits SSM issus du capteur actif ASCAT en bande C en utilisant comme référence les simulations SSM d’un modèle des surfaces continentales (MERRA-Land), et en utilisant des indicateurs classiques, des méthodes statistiques avancées (triple collocation), et des diagrammes de Hovmöller sur la période 2010-2012. Ces deux évaluations ont montré que la densité de la végétation (paramétrée ici par l’indice foliaire LAI) est un facteur clé pour interpréter la cohérence entre le produit SMOS et les produits AMSR-E et ASCAT. Cet effet de la végétation a été quantifié pour la première fois à l’échelle globale pour les trois capteurs micro-ondes. Ces deux chapitres ont également montré que les trois capteurs SMOS, AMSR-E et ASCAT ont des performances complémentaires selon la densité de végétation et qu’il y a ainsi un potentiel intéressant en terme de fusion des jeux de données micro-ondes passifs et actifs. Dans le chapitre VI, avec l’objectif général d’étendre vers le passé les séries de données SSM de SMOSL3 et de développer un jeu de données SSM homogène sur 2003-2014, nous avons évalué l’utilisation d’une approche de régression linéaire multiple appliquée aux mesures de températures de brillance de AMSR-E (2003 - 2011). Les coefficients de régression ont été calibrés avec les produits SSM issus de SMOS sur 2010-2011. Le produit SSM résultant, qui fusionne les observations SMOS et AMSR-E, a été évalué par comparaison avec un produit SSM AMSR-E et les produits SSM MERRA-Land sur 2007-2009. Ces résultats préliminaires montrent que la méthode de régression linéaire est une approche simple et robuste pour construire un produit SSM réaliste en termes de variations temporelles et de valeurs absolues. En conclusion, cette thèse a montré que le potentiel de synergie entre les systèmes micro-ondes passifs (AMSR-E et SMOS) et actifs (ASCAT) est très prometteur pour le développement et l'amélioration de longues séries temporelles SSM à l'échelle mondiale, telles que celles produites dans le cadre du programme CCI de l'ESA
Soil moisture (SM) plays a key role in meteorology, hydrology, and ecology as it controls the evolution of various hydrological and energy balance processes. The community of scientists involved in the field of microwave remote sensing has made considerable efforts to build accurate estimates of surface SM (SSM), and global SSM datasets derived from active and passive microwave instruments have recently become available. Among them, SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity), launched in 2009, was the first ever passive satellite specifically designed to measure the SSM, at L-band (1.4 GHz), at the global scale. Validation of the SMOS SSM datasets over different climatic regions and environmental conditions is extremely important and a necessary step before they can be used. A better knowledge of the skill and uncertainties of the SSM retrievals will help not only to improve the individual products, but also to optimize the fusion schemes required to create long-term multi-sensor products, like the essential climate variable (ECV) SSM product generated within the European Space Agency’s (ESA's) Climate Change Initiative (CCI) program. After the introductory Chapters I to III, this dissertation consists of three main parts. Chap. IV of the dissertation evaluates the passive SMOS level 3 (SMOSL3) SSM products at L-band against the passive AMSR-E SSM at C-band by comparing them with a Land Data Assimilation System estimates (SM-DAS-2) produced by the European Centre for Medium Range Weather Forecasts (ECMWF). This was achieved over the common period 2010-2011 between SMOS and AMSR-E, using classical metrics (Correlation, RMSD, and Bias). In parallel, Chap. V of the dissertation evaluates the passive SMOSL3 products against the active ASCAT SSM at C-band by comparing them with land surface model simulations (MERRA-Land) using classical metrics, advanced statistical methods (triple collocation), and the Hovmöller diagram over the period 2010-2012. These two evaluations indicated that vegetation density (parameterized here by the leaf area index LAI) is a key factor to interpret the consistency between SMOS and the other remotely sensed products. This effect of the vegetation has been quantified for the first time at the global scale for the three microwave sensors. These two chapters also showed that both SMOS and ASCAT (AMSR-E) had complementary performances and, thus, have a potential for datasets fusion into long-term SSM records. In Chap. VI of the dissertation, with the general purpose to extend back the SMOSL3 SSM time series and to produce an homogeneous SM product over 2003-2014 based on SMOS and AMSR-E, we investigated the use of a multiple linear regression model based on bi-polarization (horizontal and vertical) brightness temperatures (TB) observations obtained from AMSR-E (2003 - 2011). The regression coefficients were calibrated using SMOSL3 SSM as a reference over the 2010-2011 period. The resulting merged SSM dataset was evaluated against an AMSR-E SSM retrievals and modelled SSM products (MERRA-Land) over 2007-2009. These first results show that the multi-linear regression method is a robust and simple approach to produce a realistic SSM product in terms of temporal variation and absolute values. In conclusion, this PhD showed that the potential synergy between the passive (AMSR-E and SMOS) and active (ASCAT) microwave systems at global scale is very promising for the development of improved, long-term SSM time series at global scale, such as those pursued by the ESA’s CCI program. It also provides new ideas on the way to merge the different SSM datasets with the aim of producing the CCI (phase 2) long-term series (a coherent "SMOS-AMSR-E" SSM time series for the period 2003 -2014), that will be evaluated further in the framework of on-going ESA projects

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Yang, Taifeng. "Télédétection Multi-satellite des Propriétés des Systèmes Convectifs de l'Océan Indien ; Observation pendant la Mousson d'Hiver". Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2005. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00002121.

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Cette étude est basée sur les mesures collectées pendant la période d'observation de l'Expérience INDOEX (Indian Ocean Experiment) pendant l'hiver 1999. Le but de ce travail est premièrement d'examiner les propriétés des systèmes convectifs à mesoéchelle (MCSs) à l'aide des images METEOSAT-5 infrarouge; deuxièmement, d'étudier les précipitations en employant les données micro-ondes de DMSP-SSM/I et de TRMM-TMI; troisièmement, de présenter une comparaison des échantillonnages des données obtenus pour les orbites de différents satellites et de présenter un des avantages du nouveau satellite Megha-Tropiques. Dans la première partie, un algorithme de suivi des nuages sur les images Meteosat-5 IR a été appliqué pour calculer les paramètres radiatifs et morphologiques de chaque MCS. Les trajectoires de chaque MCS ont été construites, et les situations de dissipation, division et fusion des systèmes identifiées. La carte de fréquence d'occurrence montre que la plupart des systèmes se produisent dans la zone intertropicale de convergence (ITCZ) distribuée de l'Indonésie jusqu'au nord de Madagascar, deux autres secteurs distincts apparaissant au sud du Golfe du Bengale et au sud de Madagascar. Les résultats montrent que les MCSs qui ont un cycle de vie long sont fortement associés aux températures de brillance les plus froides, moins de 210 K, et à une surface énorme de couverture nuageuse, supérieure à 105 km2. Une autre étude porte sur l'orientation du mouvement de chaque MCS pour différentes durées de vie; elle indique les différentes directions préférentielles de propagation des MCSs dans chaque zone subdivisée: par exemple environ 63% des MCSs au sud de Madagascar vont vers l'est. La deuxième partie de l'étude a pour but de caractériser la relation entre la précipitation régionale et la distribution des MCSs. Les données SSM/I des trois satellites DMSP présents à cette période ont été employées pour estimer les précipitations. Le taux de pluie au-dessus de l'océan est dérivé à partir de l'algorithme de Scattering Index (SI) de Grody [1991]. Ces résultats sont comparés aux estimations de taux de pluie de TRMM TMI et au produit cumul de pluie mensuel et quotidien du Global Precipitation Climatology Project (GPCP). Une carte de taux de pluie moyen mensuel montre la corrélation élevée entre les précipitations et la fréquence de distribution des MCSs. Les variations journalières des précipitations montrent que la pluie a tendance à tomber le matin près des secteurs côtiers tandis qu'il n'y a pas de période préférencielle sur l'océan ouvert. Le dernier sujet concerne le rôle de l'amélioration de l'échantillonnage des mesures journalières sur un secteur spécifique de la région tropicale. Par comparaison avec les satellites DMSP et TRMM qui fournissent en moyenne une seule observation par jour, le futur satellite Megha-Tropiques fournira 3 à 6 observations par jour pour n'importe quel point entre 23°N à 23°S. Cela sera très utile pour les études des MCSs et des précipitations associées dans différentes phases de leur développement.

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Papazzoni, Mathieu. "Caractérisation des propriétés microphysiques et radiatives des nuages de glaces dans la Mousson d'Afrique de l'Ouest à partir de données aéroportées et satellite (AMMA)". Versailles-St Quentin en Yvelines, 2010. http://www.theses.fr/2010VERS0049.

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Améliorer notre connaissance des propriétés nuageuses et des processus physiques qui gouvernent celles-ci est crucial pour minimiser les incertitudes liées aux prévisions climatiques actuelles et pour la prévision numérique du temps. En cela une meilleure compréhension du rôle prépondérant et complexe joué par les nuages de glace dans les transferts d’eau et surtout d’énergie est nécessaire. C’est dans ce but que ce travail de thèse s’attache à caractériser les propriétés des nuages de glace au sein de la mousson ouestafricaine à différentes échelles. La première partie est consacrée à une étude locale utilisant les données du radar aéroporté RASTA. A cette occasion, une méthode de restitution des propriétés dynamiques a été développée afin de mener des études de cas. Le contraste continent/océan est également observé à partir de ces données. La seconde partie exploite une approche régionale de ce phénomène avec l’établissement de climatologies annuelles et mensuelles à partir de données des satellites CloudSat et CALIPSO, permettant de caractériser les propriétés statistiques des nuages et les processus dominants en fonction de l’altitude. L’analyse de la variabilité spatio-temporelle et des fréquences d’occurrences des situations multi-couches complète ce travail
To improve our knowledge of cloud processes is crucial to reduce errors due to the representation of clouds in current climate predictions and for numerical weather prediction. That is why the complex contribution of ice clouds to the water and radiative budgets needs to be clarified. In this framework this work strives to characterize ice cloud properties in the West-African monsoon system at different scales. In the first part a local study is carried out with data from the airborne cloud radar RASTA. Dynamical properties are obtained with a method specifically developed for this instrument. The contrast between land and ocean is also investigated with this data. The second part exploits a regional view of the phenomenon. Annual and monthly climatologies are developed with satellite data from CloudSat and CALIPSO in order to characterize the statistical properties of ice clouds and the dominant microphysical processes as a function of height. The characterization of the spatio-temporal variability of these ice cloud properties and of the frequency of occurrence of multilayer situations completes this work

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Abadi, Mohamed. "Couleur et texture pour la représentation et la classification d'images satellite multi-résolutions". Antilles-Guyane, 2008. http://www.theses.fr/2008AGUY0215.

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La Caractérisation des couverts forestiers et des parcelles agricoles est d'un grand intérêt pour différents organismes locaux et nationaux. Ces derniers sont à la recherche d'outils spécifiques permettant de réaliser avec précision la séparation entre ces espaces. Ce travail de recherche propose d'utiliser des techniques de traitement d'images appliquées sur des images satellite pour réaliser une classification des différents couverts. La chaine de traitement mise en place est la suivante: Après avoir représenté de manière optimale les images sources, nous définisson et calculons des attributs de couleur et de texture avant d'appliquer un algorithme de classification. La représentation optimale des données est faite (i) en déterminant l'espace couleur hybride permettant d'obtenir une discrimination maximale des classes tout en minimisant la corrélation entre les composantes de cet espace. (ii) en réalisant une fusion de l'image panchromatique et de l'image multispectrale. Les attributs sont ensuite extraits pour caractériser les classes en utilisant la couleur et la texture à travers différentes approches (statistiques, géométriques, fréquentielles, fractales et multifractales). Enfin, différentes techniques de classification (MMG, SVM, K-means, ISODATA) sont utilisées afin de séparer les couverts forestiers des couverts agricoles. L'originalité de nos travaux consiste à construire un espace couleur hybride basé sur les composantes intensité. Saturation et teinte en utilisant une approche multi-objective. Ce même espace est utilisé lors du processus de fusion d'images afin de généraliser les méthode perceptuelles
Land use mapping and characterization are very important for local and national institutions. These institutions are nowadays searching for specifie and specialized tools that can distinguish betweendifferent land covers. This research work proposes to use different methods for satellite image processing. Allowing a strong and reliable land cover classification. The conceptual and experimental design has been developed as it follows. First, an optimal description of ail images is done. Then, COIOL and texture attributs are defined and computed. Finally, sorne algorithm classifications are realized. The optimal description of ail images is made by (i) determination of the hybrid colour space to obtain a good discrimination of this classes while correlation between space components is mininized. (ii) merging a high spatial resolution panchromatic image with a low spatial resolution multispectral image in order to obtain a high spatial and spectral resolutions image. Attributes are then extracted to characterize land cover classes using colour and texture information through different approaches (statistics, geometry, frequency, fractal, multifractal). At last, different classification techniques are applied (SVM, MMG, K-means, ISODATA) in order to separate forest areas from agriculturc parcels. Our work originality is based on the construction of a hybrid colour space derived from the image intensity, saturation and hue omponents using a multiobjective approach that integrates the correlation and discriminating power. This same space ls used in the merging images process in order to aeneralize the perceptual methods

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Pellet, Victor. "Télédétection satellite du cycle de l'eau. De l'optimisation du traitement des observations à l'intégration des produits restitués". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS277.

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L'observation satellite offre l'opportunité unique d'une couverture globale et d'un suivi temporel continu en météorologie et climatologie. On rencontre toutefois de nombreuses difficultés dans leur exploitation, ce qui requiert l'utilisation de techniques d'optimisation dans les diverses étapes de leur traitement. On traitera dans cette thèse deux questions : (1) au niveau du traitement des données satellite, en amont de la chaîne de restitution, et (2) en aval, pour l'intégration des multiples produits satellites disponibles. On propose ainsi une nouvelle approche de compression/sélection de canaux (les « Bottlenecks Channels ») pour réduire la dimension des données hyper-spectrales (dans l'infrarouge avec l'instrument IASI et dans les microondes pour un nouveau concept de sondeur). On développe également un nouveau schéma d'intégration de multiples produits satellites pour l'étude du cycle de l'eau (surface, océan et atmosphère). Cette approche d'intégration permet de rendre plus cohérentes les composantes du cycle de l'eau. Elle est présentée ici dans le contexte du cycle de l'eau méditerranéen
Satellite observation offers the unique opportunity for global coverage and continuous temporal monitoring in meteorology and climatology. However, there are many difficulties in their exploitation, which requires the use of optimization techniques at the different steps of their processing. This thesis will deal with two questions: (1) the processing of satellite data before the restitution, and (2) the integration of the multiple satellite products available. A new approach for channel compression/selection (Bottlenecks Channels) is proposed to reduce the dimension of hyperspectral data (in the infrared with the IASI instrument and in microwaves for a new sounder concept). A new scheme is also developed to integrate multiple satellite products for the study of the water cycle (surface, ocean and atmosphere). This integration approach makes the components of the water cycle more coherent to each other. It is presented here in the context of the Mediterranean water cycle

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Beaumet, Grégory. "Planification continue pour la conduite d'un satellite d'observation agile autonome". Toulouse, ISAE, 2008. http://www.theses.fr/2008ESAE0003.

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Aujourd'hui la quasi-totalité des engins spatiaux sont entièrement contrôlés depuis le sol. Des plans d'activités précis sont téléchargés régulièrement du sol vers l'engin, auquel la part d'autonomie laissée est réduite au minimum : régulation thermique, contrôle d'attitude. Dans le cadre d'un programme commun au CNES et à l'ONERA (programme AGATA : Architecture Générique pour l'Autonomie : Tests et Applications) portant sur l'autonomie des engins spatiaux, nous avons envisagé de déplacer les mécanismes de planification d'un satellite agile d'observation équipé d'un instrument de détection de la couverture nuageuse, du sol vers le bord, afin d'augmenter sa réactivité et son efficacité. Nous avons adapté au cas d'un satellite agile et nous avons amélioré une architecture générique réactive-délibérative développée dans le cadre du projet AGATA. Cette architecture est centrée sur une tâche réactive capable de répondre instantanément aux stimuli de l'environnement (réception de nouvelles requêtes d'observation, état de la couverture nuageuse). Cette tâche réactive est équipée de règles de décision par défaut et contrôle une tâche délibérative qui s'exécute en parallèle et utilise au mieux le temps dont elle dispose pour choisir de façon optimale la prochaine décision à prendre. Il devient alors réaliste de concevoir un satellite d'observation décidant de façon autonome et en temps réel des actions à exécuter parmi des actions de manœuvre orbitale (lorsqu'il s'éloigne trop de son orbite de référence), de rendez-vous en attitude, de détection de la couverture nuageuse, d'observation de zones au sol, de télédéchargement de données, de rechargement des batteries et de pointage géocentrique. Le développement d'un environnement de simulation temps-réel nous a permis d'évaluer le gain apporté par cette architecture, par les mécanismes de décision mis en place (règles de décision et algorithmes d'optimisation) et par la détection de la couverture nuageuse à bord du satellite.

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Zahzah, El-Hadi. "Contribution à la représentation des connaissances et à leur utilisation pour l'interprétation automatique des images satellite". Toulouse 3, 1992. http://www.theses.fr/1992TOU30208.

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Avec l'avenement des systemes d'informations geographiques, la combinaison des donnees multisources devient de plus en plus importante. Les methodes classiques permettant cette combinaison sont mal adaptees; pour surpasser ces limites, on utilise les techniques offertes par la theorie des croyances (regle orthogonale de dempster). L'estimation de l'incertain pour un point donne de l'image est calculee a partir des mesures donnees par la source elle-meme concernant l'appartenance du point aux differentes classes. Cette combinaison est realisee dans une deuxieme etape a l'aide d'un reseau de neurones artificiel dont les entrees correspondent a la representation d'un point de l'image dans un espace multidimensionnel, et les sorties correspondent aux classes recherchees. Dans une derniere etape, on utilise un systeme neuro-flou pour interpreter les images; le systeme realise d'une part une classification a l'aide des reseaux de neurones n'utilisant que les donnees numeriques (images), et d'autre part, une seconde classification a l'aide des reseaux neuro-flous utilisant ces connaissances symboliques sur les classes. Les deux parties du systeme sont considerees comme deux sources produisant des informations concernant un meme objet. La combinaison de ces informations est realisee a l'aide d'algorithmes de combinaison d'informations multisources incertaines. Le systeme neuro-flou a ete aussi utilise pour produire a partir d'une connaissance symbolique d'un probleme reel, une carte de decision ou de priorites pour la resolution de ce probleme

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Dambreville, Romain. "Prévision du rayonnement solaire global par télédétection pour la gestion de la production d’énergie photovoltaïque". Thesis, Grenoble, 2014. http://www.theses.fr/2014GRENT078/document.

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L’intégration des énergies intermittentes sur le réseau électrique existant soulèvedes problèmes de stabilité de la balance consommation/production. Afin de limiter les risques,la loi autorise un taux de pénétration maximum de ces énergies de 30% de la puissanceinstallée. Afin de pallier cette limitation, deux pistes sont envisagées, le stockage d’énergie etla prévision de production. Les travaux menés dans cette thèse s’inscrivent dans la secondecatégorie et se concentrent sur la prévision du rayonnement global au sol, ressource principaledes systèmes de production d’énergie photovoltaïque. Dans l’objectif d’une prévision à trèscourt terme (infra-horaire), la problématique développée concerne la fusion d’informationsprovenant d’une part d’observations satellitaires et de l’autre d’observations in-situ telles quedes images hémisphériques. L’approche suivie se veut progressive et s’articule autour de 4grand axes. Le premier chapitre énonce les définitions et les enjeux principaux liés à l’étudedu GHI en décrivant les différents facteurs physiques ayant des interactions sur sa mesure. Lesecond chapitre permet d’évaluer le potentiel des images hémisphériques pour l’estimation durayonnement global. On y développe une méthode d’estimation du GHI basée sur l’utilisationd’un réseau de neurones artificiels permettant d’effectuer une régression non linéaire entre descaractéristiques choisie de l’image et le rayonnement mesuré sur site par un pyranomètre. Letroisième chapitre concerne l’utilisation des images satellitaires pour la prévision à très courtterme du rayonnement global. L’originalité des méthodes proposées provient de l’utilisationen entrées de cartes de rayonnement dérivées des images satellitaires via une méthode externe.L’utilisation de ces cartes de rayonnement permet la construction de modèles linéairessimples (modèles auto-régressifs) grâce à l’homogénéité des données utilisées. Cependant,leur pertinence pour le calcul de champ de vecteurs a également été prouvé et validé dans unsecond modèle. La comparaison des deux modèles ainsi créés à partir d’imagerie satellitairea permis de caractériser les forces et faiblesses de ces modèles. L’intérêt de l’observationsatellitaire réside dans l’anticipation du déplacement des masses nuageuse. Cependant, unbiais non systématique persiste dans la conversion des valeurs des pixels en rayonnement.Ce biais est inhérent à la résolution spatio-temporelle de ces observations. Étant donné cesconsidérations, le chapitre 4 présente alors une méthode d’intégration des données acquisespar l’imagerie hémisphérique, disposant une meilleure résolution spatio-temporelle, dans lesrésultats de prévision satellitaires précédemment évoqués. On joint alors les caractéristiquesretenues au chapitre 2 dans un réseau de neurone avec la prévision pour produire uneprévision dont le biais est largement réduit. L’utilisation de caractéristiques dérivées del’imagerie hémisphérique à la place de simple mesures du pyranomètre est justifiée par l’effetde persistance non souhaité apportées par ces dernières. Ainsi, après avoir étudié chaquesource d’information séparément, on a pu développer un modèle leur permettant de secompléter
To handle the integration of intermittent energies to the existing grid,managers require more and more acurate tools to forecast the primary resources. This thesisfocuses on the very short term forecast of the global horizontal irradiance (GHI), maininput for most photovoltaic power plant. We chose to use both ground based images fromhemispherical cameras and satellite images to provide a forecating tool. In the first handwe present a novel appraoch to estimate the GHI using ground based images. On secondhand, we propose several satellite based methods to forecast the GHI up to one hour. Finally,we developp a new method allowing us to merge both data in order to benefit from theirrespective advantages. All the methods were tested against real data acquired on the SIRTAsite, Polytechnique campus

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Chakroun, Meriem. "La variabilité des nuages et son rôle sur le climat en Europe : télédétection et simulation régionale". Electronic Thesis or Diss., Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLV067.

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Les nuages sont une composante majeure du système Terre-océan-atmosphère car ils couvrent en moyenne 40% de la surface du globe. Ils contribuent à refroidir la troposphère car ils réfléchissent une part importante du rayonnement solaire (effet d’albédo), mais ils contribuent également à la réchauffer car ils réémettent une partie du rayonnement infrarouge terrestre (effet de serre naturel). La détermination des effets radiatifs des nuages a été identifiée par le GIEC comme l’une des sources principales d’incertitude sur la prévision du climat. Dans ce contexte, la question se pose quant au rôle de la variabilité décennale de ces propriétés nuageuses. Plus particulièrement, on cherche à identifier une possible évolution ou variation des propriétés des nuages et à comprendre l'impact de cette variabilité sur celle du climat régional (température au sol), et inversement : ici, la région d'étude est l'Europe. On sait en effet qu'au 1er ordre le climat régional européen est contrôlé par la circulation atmosphérique de grande échelle (Cattiaux et al., ou Cassou et al., 2005) mais celle-ci ne suffit pas à expliquer certaines anomalies ou extrêmes de température. Des anomalies de propriétés nuageuses sont donc une piste importante à étudier pour expliquer ce type d’événement extrême. Durant cette thèse, nous proposons donc d'appréhender cette question à partir d'observations spatiales et de simulations. Les observations seront celles de l'Aqua-Train : (1) l'instrument MODIS à bord du satellite Aqua permet, à l'aide d'algorithmes développés à la Nasa, de caractériser le forçage radiatif des nuages depuis 9 ans (i.e. leur capacité à refroidir ou à réchauffer); (2) le lidar du satellite CALIPSO couplé au radar du satellite CloudSat nous renseigne sur la structure verticale de ces mêmes couches nuageuses, leurs propriétés précipitantes et microphysiques depuis 7 ans. Les simulations utilisées pour compléter ces observations sont déjà existantes : elles ont été réalisées avec le modèle régional WRF et couvrent l'ensemble de l'Europe sur une période suffisamment longue pour pouvoir travailler sur la variabilité interannuelle à décennale des nuages. L’objet de la thèse est d'analyser à l'échelle régionale les relations entre les anomalies nuageuses et les anomalies de température. On cherchera à comprendre si les propriétés des nuages sont perturbées pour un régime synoptique donné et si ces perturbations peuvent expliquer certaines anomalies de température via leur effet radiatif direct ou plus indirect dans le cas des nuages convectifs. La démarche suivante sera appliquée : (1) Les observations et les simulations seront analysées conjointement pour mieux caractériser les propriétés nuageuses et surtout leur variabilité spatiale et interannuelle. (2) Ce travail de caractérisation des propriétés nuageuses devra se faire pour chaque régime synoptique identifié. Les saisons d'hiver et d'été seront caractérisées grâce aux régimes de l'Oscillation Nord Atlantique (NAO) (en collaboration avec le LSCE), tandis qu'un travail sur les régimes des saisons intermédiaires sera nécessaire. (3) Nous chercherons ensuite à comprendre comment ces propriétés typiques d’un régime sont perturbées. A régime fixé, nous tenterons de relier des anomalies de couverture nuageuse à des anomalies de température, et les périodes identifiées seront étudiées en détail pour comprendre quels sont les mécanismes qui permettent de passer d’une anomalie de l’un à une anomalie de l’autre : en d’autres termes, il s’agira d’estimer si le forçage radiatif de ces « anomalies nuageuses » peut conduire à l’anomalie de température détectée. Les comparaisons entre simulations et observations seront utiles pour analyser ces liens (existent dans les 2, ou uniquement dans l'un et pourquoi). Le travail de thèse pourra alors consister à réaliser de nouvelles simulations afin de mieux comprendre ces relations
We characterize the seasonal and inter-annual variabilities of the clouds fraction profiles in both observations and simulation since they are critical to better assess the impact of clouds on climate variability. The spaceborne lidar onboard CALIPSO, providing cloud vertical profiles since 2006, is used together with a 23-year WRF simulation at 20 km resolution. A lidar simulator helps to compare consistently model with observations. The bias in observations due to the satellite under-sampling is first estimated. Then we examine the vertical variability of both occurrence and properties of clouds. It results that observations indicate a similar occurrence of low and high clouds over continent, and more high than low clouds over the sea except in summer. The simulation shows an overestimate (underestimate) of high (low) clouds comparing to observations, especially in summer. However the seasonal variability of the cloud vertical profiles is well captured by WRF. Concerning inter-annual variability, observations show that in winter, it is twice more important for high clouds than for low clouds, which is well simulated. In summer, the observed inter-annual variability is vertically more homogeneous while the model still simulates more variability for high clouds than for low clouds. The good behavior of the simulation in winter allows us to use the 23 years of simulation and 8 years of observations to estimate the time period required to characterize the natural variability of the cloud fraction profile in winter, i.e the time period required to detect significant anomalies and trends

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Sainte, Fare Garnot Vivien. "Learning spatio-temporal representations of satellite time series for large-scale crop mapping". Thesis, Université Gustave Eiffel, 2022. http://www.theses.fr/2022UEFL2006.

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L'analyse et le suivi de l'activité agricole d'un territoire nécessitent la production de cartes agricoles précises. Ces cartes identifient les bordures de chaque parcelle ainsi que le type de culture. Ces informations sont précieuses pour une variété d'acteurs et ont des applications allant de la prévision de la production alimentaire à l'allocation de subventions ou à la gestion environnementale. Alors que les premières cartes agricoles nécessitaient un travail de terrain fastidieux, l'essor de l'analyse automatisée des données de télédétection a ouvert la voie à des cartographies à grande échelle. Dans cette thèse nous nous intéressons à la cartographie agricole à partir de séries temporelles d'images satellites multi-spectrales. Dans la plupart des travaux de la dernière décennie ce problème est abordé à l'aide de modèles d'apprentissage automatique entraînés sur des descripteurs conçus par des experts. Cependant, dans la littérature de vision par ordinateur (VO) et du traitement automatique de la langue (TAL), l'entrainement de modèles d'apprentissage profond à apprendre des représentations à partir des données brutes a constitué un changement de paradigme menant à des performances sans précédent sur une variété de problèmes. De même, l'application de ces modèles d'apprentissage profond aux données de télédétection a considérablement amélioré l'état de l'art pour la cartographie agricole ainsi que d'autres tâches de télédétection.Dans cette thèse nous soutenons que les méthodes actuelles issues des littérature VO et TAL ignorent certaines des spécificités des données de télédétection et ne devraient pas être appliquées directement. Au contraire, nous pronons le développement de méthodes adaptées, exploitant les structures spatiales, spectrales et temporelles spécifiques des séries temporelles d'images satellites. Nous caractérisons la cartographie agricole successivement comme une classification à la parcelle, une segmentation sémantique et une segmentation panoptique. Pour chacune de ces tâches, nous développons une nouvelle architecture d'apprentissage profond adaptée aux particularités de la tâche et inspirée des avancées récentes de l'apprentissage profond. Nous montrons que nos méthodes établissent un nouvel état de l'art tout en étant plus efficaces que les approches concurrentes.Plus précisément, nous présentons (i) le Pixel-Set Encoder, un encodeur spatial efficace, (ii) le Temporal Attention Encoder (TAE), un encodeur temporel utilisant la self-attention, (iii) le U-net avec TAE, une variation du TAE pour les problèmes de segmentation, et (iv) Parcel-as-Point, un module de segmentation d'instance conçu pour la segmentation panoptique des parcelles.Nous étudions également comment exploiter des séries temporelles multimodales combinant des informations optiques et radar. Nous améliorons ainsi les performances de nos modèles ainsi que leur robustesse aux nuages. Enfin, nous considérons l'arbre hiérarchique qui décrit les relations sémantiques entre les types de culture. Nous présentons une méthode pour inclure cette structure dans le processus d'apprentissage. Sur la classification des cultures ainsi que d'autres problèmes de classification, notre méthode réduit le taux d'erreurs entre les classes sémantiquement éloignées. En plus de ces méthodes, nous introduisons PASTIS, le premier jeu de données en accès libre de séries temporelles d'images satellites multimodales avec des annotations panoptiques de parcelles agricoles. Nous espérons que ce jeu de données, ainsi que les résultats prometteurs présentés dans cette thèse encourageront d'autres travaux de recherche et aideront à produire des cartes agricoles toujours plus précises
Understanding and monitoring the agricultural activity of a territory requires the production of accurate crop type maps. Such maps identify the boundaries of each agricultural parcel along with the cultivated crop type. This information is valuable for a variety of stakeholders and has applications ranging from food supply prediction to subsidy allocation and environmental monitoring. While earlier crop type maps required tedious in situ data collection, the advent of automated analysis of remote sensing data enabled large-scale mapping efforts. In this dissertation, we consider the problem of crop type mapping from multispectral satellite image time series. In most of the literature of the past decade, this problem is typically addressed with traditional machine learning models trained on hand-engineered descriptors. Meanwhile, in the Computer Vision (CV) and Natural Language Processing (NLP) literature, the ability to train deep learning models to learn representations from raw data provoked a paradigm shift leading to unprecedented levels of performance on a variety of problems. Similarly, the application of deep learning models to remote sensing data significantly improved the state-of-the-art for crop type mapping as well as other tasks.In this thesis, we hold that current state-of-the-art methods from CV and NLP ignore some of the crucial specificities of remote sensing data and should not be applied directly. Instead, we argue for the design of bespoke methods exploiting the specific spatial, spectral, and temporal structures of satellite time series. We successively characterise crop type mapping as parcel-based classification, semantic segmentation, and panoptic segmentation. For each of these tasks, we develop a novel deep learning architecture adapted to the task's peculiarities and inspired by recent advances in the deep learning literature. We show that our methods set a new state-of-the-art while being more efficient than competing approaches.Specifically, we introduce (i) the Pixel-Set Encoder, an efficient spatial parcel-based encoder, (ii) the Temporal Attention Encoder (TAE), a self-attention temporal encoder, (iii) U-net with TAE, a variation of the TAE for segmentation problems, and (iv) Parcel-as-Point, a lightweight instance segmentation head designed for the panoptic segmentation of parcels.We also explore how these architectures can leverage multi-modal image time series combining optical and radar information through well-chosen fusion schemes. This approach improves the mapping performance as well as the robustness to cloud obstruction. Lastly, we focus on the hierarchical tree that encapsulates the semantic relationships between crop classes. We introduce a method to include such structure in the learning process. On crop classification as well as other classification problems, we show that our method reduces the rate of errors between semantically distant classes.Along with these methods, we introduce PASTIS, the first large-scale open-access dataset of multimodal satellite image time series with panoptic annotations of agricultural parcels. We hope that this dataset, along with the promising results presented in this dissertation, will encourage further research and help produce ever more accurate agricultural maps

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Al-Yaari, Amen Mohammed. "Global-scale evaluation of a hydrological variable measured from space : SMOS satellite remote sensing soil moisture products". Thesis, Paris 6, 2014. http://www.theses.fr/2014PA066678/document.

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L'humidité du sol (SM) contrôle les bilans d’eau et d’énergie des surfaces continentales et joue ainsi un rôle clé dans les domaines de la météorologie, l'hydrologie et l'écologie. La communauté scientifique en télédétection micro-ondes a fait des efforts considérables pour établir des bases de données globales de l’humidité du sol en surface (SSM) découlant d'instruments micro-ondes actifs et passifs. Parmi ces instruments, SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity), lancé en 2009, est le premier satellite passif conçu spécifiquement pour mesurer SSM à partir d’observations en bande L (1.4 GHz) à l'échelle globale. La validation des données SMOS SSM sur différentes régions climatiques et pour des conditions environnementales variées est une étape indispensable avant qu’elles soient utilisées de manière opérationnelle. En effet, une meilleure connaissance de la précision des estimations de SSM et des incertitudes associées permettra non seulement d'améliorer les produits SMOS SSM, mais aussi d'optimiser les approches de fusion de données utilisées pour créer des produits multi-capteurs long terme. De tels produits sont développés dans le cadre du programme Climate Change Initiative (CCI) de l'Agence spatiale européenne (ESA) pour l’ensemble des variables climatiques essentielles (ECV), dont SSM. A la suite des chapitres d'introduction I à III, les résultats de cette thèse sont présentés en trois chapitres. Le chapitre IV présente une comparaison des produits SSM issus des capteurs passifs SMOS (bande L) et AMSR-E (bande C) en prenant pour référence les estimations SSM du système d'assimilation SM-DAS-2 du Centre Européen pour les Prévisions Météorologiques à Moyen Terme (CEPMMT). Cette évaluation est menée sur la période d’observation commune à SMOS et AMSR-E (2010- 2011), en utilisant des indicateurs classiques (corrélation, RMSD, Biais). En parallèle, le chapitre V présente une comparaison des produits SMOS SSM avec les produits SSM issus du capteur actif ASCAT en bande C en utilisant comme référence les simulations SSM d’un modèle des surfaces continentales (MERRA-Land), et en utilisant des indicateurs classiques, des méthodes statistiques avancées (triple collocation), et des diagrammes de Hovmöller sur la période 2010-2012. Ces deux évaluations ont montré que la densité de la végétation (paramétrée ici par l’indice foliaire LAI) est un facteur clé pour interpréter la cohérence entre le produit SMOS et les produits AMSR-E et ASCAT. Cet effet de la végétation a été quantifié pour la première fois à l’échelle globale pour les trois capteurs micro-ondes. Ces deux chapitres ont également montré que les trois capteurs SMOS, AMSR-E et ASCAT ont des performances complémentaires selon la densité de végétation et qu’il y a ainsi un potentiel intéressant en terme de fusion des jeux de données micro-ondes passifs et actifs. Dans le chapitre VI, avec l’objectif général d’étendre vers le passé les séries de données SSM de SMOSL3 et de développer un jeu de données SSM homogène sur 2003-2014, nous avons évalué l’utilisation d’une approche de régression linéaire multiple appliquée aux mesures de températures de brillance de AMSR-E (2003 - 2011). Les coefficients de régression ont été calibrés avec les produits SSM issus de SMOS sur 2010-2011. Le produit SSM résultant, qui fusionne les observations SMOS et AMSR-E, a été évalué par comparaison avec un produit SSM AMSR-E et les produits SSM MERRA-Land sur 2007-2009. Ces résultats préliminaires montrent que la méthode de régression linéaire est une approche simple et robuste pour construire un produit SSM réaliste en termes de variations temporelles et de valeurs absolues. En conclusion, cette thèse a montré que le potentiel de synergie entre les systèmes micro-ondes passifs (AMSR-E et SMOS) et actifs (ASCAT) est très prometteur pour le développement et l'amélioration de longues séries temporelles SSM à l'échelle mondiale, telles que celles produites dans le cadre du programme CCI de l'ESA
Soil moisture (SM) plays a key role in meteorology, hydrology, and ecology as it controls the evolution of various hydrological and energy balance processes. The community of scientists involved in the field of microwave remote sensing has made considerable efforts to build accurate estimates of surface SM (SSM), and global SSM datasets derived from active and passive microwave instruments have recently become available. Among them, SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity), launched in 2009, was the first ever passive satellite specifically designed to measure the SSM, at L-band (1.4 GHz), at the global scale. Validation of the SMOS SSM datasets over different climatic regions and environmental conditions is extremely important and a necessary step before they can be used. A better knowledge of the skill and uncertainties of the SSM retrievals will help not only to improve the individual products, but also to optimize the fusion schemes required to create long-term multi-sensor products, like the essential climate variable (ECV) SSM product generated within the European Space Agency’s (ESA's) Climate Change Initiative (CCI) program. After the introductory Chapters I to III, this dissertation consists of three main parts. Chap. IV of the dissertation evaluates the passive SMOS level 3 (SMOSL3) SSM products at L-band against the passive AMSR-E SSM at C-band by comparing them with a Land Data Assimilation System estimates (SM-DAS-2) produced by the European Centre for Medium Range Weather Forecasts (ECMWF). This was achieved over the common period 2010-2011 between SMOS and AMSR-E, using classical metrics (Correlation, RMSD, and Bias). In parallel, Chap. V of the dissertation evaluates the passive SMOSL3 products against the active ASCAT SSM at C-band by comparing them with land surface model simulations (MERRA-Land) using classical metrics, advanced statistical methods (triple collocation), and the Hovmöller diagram over the period 2010-2012. These two evaluations indicated that vegetation density (parameterized here by the leaf area index LAI) is a key factor to interpret the consistency between SMOS and the other remotely sensed products. This effect of the vegetation has been quantified for the first time at the global scale for the three microwave sensors. These two chapters also showed that both SMOS and ASCAT (AMSR-E) had complementary performances and, thus, have a potential for datasets fusion into long-term SSM records. In Chap. VI of the dissertation, with the general purpose to extend back the SMOSL3 SSM time series and to produce an homogeneous SM product over 2003-2014 based on SMOS and AMSR-E, we investigated the use of a multiple linear regression model based on bi-polarization (horizontal and vertical) brightness temperatures (TB) observations obtained from AMSR-E (2003 - 2011). The regression coefficients were calibrated using SMOSL3 SSM as a reference over the 2010-2011 period. The resulting merged SSM dataset was evaluated against an AMSR-E SSM retrievals and modelled SSM products (MERRA-Land) over 2007-2009. These first results show that the multi-linear regression method is a robust and simple approach to produce a realistic SSM product in terms of temporal variation and absolute values. In conclusion, this PhD showed that the potential synergy between the passive (AMSR-E and SMOS) and active (ASCAT) microwave systems at global scale is very promising for the development of improved, long-term SSM time series at global scale, such as those pursued by the ESA’s CCI program. It also provides new ideas on the way to merge the different SSM datasets with the aim of producing the CCI (phase 2) long-term series (a coherent "SMOS-AMSR-E" SSM time series for the period 2003 -2014), that will be evaluated further in the framework of on-going ESA projects

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Heberger, Matthew. "Improved observation of the global water cycle with satellite remote sensing and neural network modeling". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2024. http://www.theses.fr/2024SORUS012.

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La télédétection par satellite est couramment utilisée pour observer le cycle hydrologique à des échelles spatiales allant des bassins fluviaux au globe terrestre. Pourtant, il reste difficile d'obtenir un bilan hydrique équilibré en utilisant des données de télédétection, ce qui met en évidence les erreurs et les incertitudes des données d'observation de la Terre. Cette recherche visait à améliorer les estimations des précipitations, de l'évapotranspiration, de l'écoulement, et du changement du stockage total de l'eau à l'échelle mondiale en utilisant une combinaison de méthodes analytiques (interpolation optimale, OI) et de méthodes de modélisation statistique, y compris les réseaux neuronaux (NN). Les modèles ont été entraînés sur un ensemble de 1 358 bassins fluviaux et validés sur un ensemble indépendant de 340 bassins et sur des observations in situ des précipitations, de l'évapotranspiration et du débit des cours d'eau. Les modèles sont étendus pour faire des prévisions à l'échelle du pixel dans des cellules de grille de 0,5° pour une couverture quasi mondiale. Les ensembles de données calibrées donnent des résidus de bilan hydrique plus faibles dans les bassins de validation : la moyenne et l'écart-type du déséquilibre sont de 11±44 mm/mo lorsqu'ils sont calculés avec des données non corrigées et de 0,03±24 mm/mo après calibrage par les modèles NN. Les résultats nous permettent de faire des estimations plus précises des composantes manquantes du cycle de l'eau, par exemple pour estimer l'évapotranspiration dans les zones non instrumentées, ou pour prédire le débit dans les bassins non jaugés. Les résultats peuvent également indiquer aux producteurs de données où leurs produits semblent incohérents par rapport à d'autres ensembles de données et où un étalonnage plus poussé pourrait apporter des améliorations. Enfin, cette recherche démontre l'utilisation des réseaux neuronaux et de l'intelligence artificielle pour l'intégration des données satellitaires et pour l'étude du cycle de l'eau
Satellite remote sensing is commonly used to observe the hydrologic cycle at spatial scales ranging from river basins to the globe. Yet, it remains difficult to obtain a balanced water budget using remote sensing data, which highlights the errors and uncertainties in earth observation (EO) data. This research aimed to improve estimates of precipitation, evapotranspiration, runoff, and total water storage change at the global scale using a combination of analytical methods (optimal interpolation, OI) and statistical modeling methods including neural networks (NN). Models were trained on a set of 1,358~river basins and validated them on an independent set of 340~basins and in-situ observations of precipitation, evapotranspiration, and river discharge. The models are extended to make pixel-scale predictions in 0.5° grid cells for near-global coverage. Calibrated datasets result in lower water budget residuals in validation basins: the mean and standard deviation of the imbalance is 11±44 mm/mo when calculated with uncorrected EO data and 0.03±24 mm/mo after calibration by the NN models. The results allow us to make more accurate estimates of missing water cycle components, for example to estimate evapotranspiration in un-instrumented areas, or to predict discharge in ungaged basins. The results can also indicate to data producers where their products seem incoherent with other datasets and where enhanced calibration could lead to improvements. Finally, this research demonstrates the use of neural networks and machine learning for the integration of satellite data and for the study of the water cycle

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Martin, Emmanuel. "Dart : modèle 3D multispectral et inversion d’images optique de satellite : application aux couverts forestiers". Toulouse 3, 2006. http://www.theses.fr/2006TOU30269.

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En télédétection optique, les modèles de transfert radiatif (T-R) ont pour but de simuler la mesure radiométrique des capteurs spatiaux qui observent le système "Terre - Atmosphère". La modélisation des mesures de couverts végétaux est en général limitée au niveau de la représentation du paysage et du T-R associé. Cette thèse a permis de transformer le modèle 3-D de T-R DART (brevet : PCT/FR 02/01181) en un modèle multispectral simulant les images de télédétection optique (thermique inclus) de tout paysage urbain et naturel, avec relief et atmosphère, pour tout capteur spatial/aéroporté. Ce nouveau modèle a été validé par comparaison avec d'autres modèles (expérience RAMI-3, Centre Commun de Recherche, Italie) et avec des mesures in situ et aéroportées (République Tchèque). In fine, une méthode d'inversion a été développée. Elle a permis d'utiliser DART pour évaluer l'impact de la modélisation sur l'extraction du LAI d'une forêt de conifères avec des images hyperspectrales THR
In optical remote sensing, radiative transfer (R-T) models aim to simulate radiometric measurement of spatial sensors that spot “Landscape-Atmosphere” system. The modeling of vegetation canopies measurements is generally limited to landscape representation and R-T modeling. This thesis allowed transforming a 3-D R-T model DART (patent : PCT/FR 02/01181) to multispectral model simulating optical remote sensing images (thermal infrared included) of any natural and urban landscape with relief and atmosphere for any spatial/airborne sensor. This new model was validated by models intercomparison (RAMI-3 experience, Joint Research Centre, Italy) and with in situ and airborne measurements (Czech Republic). In fine, an inversion method was developed. It allowed using DART for evaluating the modeling impact on LAI estimation of coniferous forest using hyperspectral VHR images

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Thouvenin-Masson, Clovis. "Variabilité de la salinité satellitaire et décharges de fleuves". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. http://www.theses.fr/2023SORUS669.

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La salinité est une variable clé pour l’étude des océans et du climat. Par son effet sur la densité, elle est un des moteurs de la circulation thermohaline. De plus, sa propriété conservatrice en fait un traceur idéal des masses d’eau ; en surface, elle dépend fortement des apports d’eau douce entrant et sortant de l’océan. Aussi, la salinité de surface (SSS), mesurée par satellite depuis 2010, et la modélisation de la circulation océanique permettent de mieux comprendre et contraindre les processus en jeu dans les échanges entre l’océan et les autres réservoirs du cycle de l’eau. Durant ma thèse, je me suis plus particulièrement intéressé à l’étude de régions tropicales, sous l’influence d’apports d’eau douce par les rivières ou par les précipitations, en particulier la région de l’upwelling du Sénégal-Mauritanie. Un préalable a été d’établir l’incertitude sur les champs déduits des SSS satellitaires en prenant en compte la variabilité de la SSS et les effets de sous-échantillonnages à différentes échelles spatio-temporelles. Les champs de SSS CCI (Climate Change Initiative) générés à partir des mesures satellitaires SMOS (2010-), Aquarius (2015-2021) et SMAP (2015-) sont intégrés sur des échelles de 50 km et une semaine ou un mois. Leur validation se base sur des comparaisons à des SSS in-situ, mais une part des différences provient de la différence de résolution spatio-temporelle des données comparées. A partir des réanalyses GLORYS, j’ai estimé les erreurs de représentativité correspondantes, et montré qu’elles permettent de réconcilier les incertitudes estimées lors de la génération des champs SSS CCI (en grande partie liées au bruit intrinsèque des mesures satellitaires) et les incertitudes obtenues par comparaison à des mesures in situ. A l’échelle globale, les erreurs de représentativité expliquent 33% (15%) de l’écart (std difference) entre les SSS satellitaires mensuelles (hebdomadaires) et les SSS ponctuelles Argo. Une fois cet effet pris en compte, l’incertitude sur les SSS CCI satellitaire est estimée à 0.1 pour les champs mensuels, 0.14 pour les champs hebdomadaires. J’ai également caractérisé la variabilité de la SSS, à l’aide d’une méthode d’analyse spectrale en trois dimensions (latitude, longitude et temps) que j’ai développée, et de simulations océaniques à haute résolution. Les champs satellitaires actuels permettent d’échantillonner la majeure partie de la variabilité de la SSS dans les zones tropicales, mais manquent une grande partie de la variabilité à plus haute latitude, qu’une mission satellitaire à 10km de résolution, telle que la mission SMOS-HR étudiée au CNES ou la mission FRESCH récemment soumise à l’ESA, pourrait résoudre. Dans la seconde partie de ma thèse, j’ai analysé la variabilité de la SSS dans la région de l’upwelling Sénégal-Mauritanie caractérisée par un important apport d’eau fluviale et traversée saisonnièrement par l’ITCZ. Sur la zone d’étude, les comparaisons aux mesures in situ montrent un très bon accord pour les SSS CCI (r2=0.94), légèrement moindre pour les analyses GLORYS et les simulations CROCO. Néanmoins, à moins de 50km de la cote, les SSS satellitaires comparées aux SSS du mouillage MELAX sont moins précises que les réanalyses GLORYS mettant à nouveau en exergue le besoin de mesures satellitaires à plus haute résolution spatiale qui permettraient de s’approcher jusqu’à 10km de la côte. Les modèles océaniques actuels, dont la réanalyse GLORYS, utilisent très souvent des forçages de débits de fleuves climatologiques. Afin de mettre en évidence l’impact de la variation interannuelle des débits de fleuves et des précipitations sur la SSS, j’ai mis en place différentes configurations de forçage qui ont été utilisées dans des simulations CROCO menées au LOCEAN. J’ai montré que les variabilités interannuelles des débits de fleuve ont un effet sensible sur la SSS, plus ou moins marqué en fonction de la propagation des panaches qui dépendent de la circulation océanique
Salinity is a key variable to study oceans and climate. Through its effect on density, it is one of the driving forces behind thermohaline circulation. Moreover, its conservative property makes it an ideal tracer of water masses; at the surface, it is highly dependent on freshwater inflows and outflows from the ocean. As a result, sea surface salinity (SSS), measured by satellite since 2010, and ocean circulation modelling are helping to better understand and constrain the processes involved in exchanges between the ocean and the other reservoirs in the water cycle. During my PhD thesis, I was particularly interested in studying tropical regions under the influence of freshwater inputs from rivers or rainfall, in particular the Senegal-Mauritania upwelling region. A prerequisite was to establish the uncertainty on the fields deduced from satellite SSS, taking into account SSS variability and the effects of sub-sampling at different spatio-temporal scales. CCI (Climate Change Initiative) SSS fields generated from SMOS (2010-), Aquarius (2015-2021) and SMAP (2015-) satellite measurements are integrated on scales of 50 km and one week or one month. Their validation is based on comparisons with in-situ SSS, but part of the differences stem from the difference in spatio-temporal resolution of the data compared. Using GLORYS reanalyses, I have estimated the corresponding representativeness errors, and shown that they reconcile the uncertainties estimated during the generation of CCI SSS fields (largely linked to the intrinsic noise of satellite measurements) and the uncertainties obtained by comparison with in situ measurements. On a global scale, representativeness errors account for 33% (15%) of the difference (std difference) between monthly (weekly) satellite SSS and Argo pointwise SSS. Once this effect has been taken into account, the uncertainty in satellite CCI SSS is estimated at 0.1 for monthly fields, 0.14 for weekly fields. I have also characterized SSS variability, using a three-dimensional (latitude, longitude and time) spectral analysis method I developed, and high-resolution ocean simulations. Current satellite fields are able to sample most of the SSS variability in tropical areas, but miss much of the variability at higher latitudes, which a 10km resolution satellite mission, such as the SMOS-HR mission being studied at CNES or the FRESCH mission recently submitted to ESA, could resolve. In the second part of my PhD thesis, I analyzed the variability of the SSS in the Senegal-Mauritania upwelling region, characterized by a large inflow of river water and crossed seasonally by the ITCZ. Over the study area, comparisons with in situ measurements show very good agreement for CCI SSS (r2=0.94), slightly less so for GLORYS analyses and CROCO simulations. Nevertheless, at less than 50km from the coast, satellite SSSs compared with SSSs from the MELAX mooring are less accurate than GLORYS reanalyses, once again highlighting the need for satellite measurements with higher spatial resolution, which would enable to get as close as 10km from the coast. Current ocean models, including the GLORYS reanalysis, very often use climatological river flow forcings. In order to highlight the impact of interannual variation in river discharge and precipitation on SSS, I set up different forcing configurations that were used in CROCO simulations conducted at LOCEAN. I have shown that the interannual variability of river flows has a significant effect on SSS, to a greater or lesser extent depending on the propagation of plumes, which depend on ocean circulation

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Pellenq, Jennifer. "Couplage de la modélisation hydrologique avec la modélisation des transferts sol-végétation-atmosphère : application à la spatialisation et à l'assimilation des données du satellite SMOS". Toulouse 3, 2002. http://www.theses.fr/2002TOU30137.

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Wang, Die. "Millimeter and sub-millimeter satellite observations for ice cloud characterization : towards the ice cloud imager onboard MetOp-SG". Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066366/document.

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Les observations météorologiques depuis les satellites dans le domaine des micro-ondes sont actuellement limitées à 190 GHz. La prochaine génération de satellites météorologiques opérationnels européens (EUMETSAT Polar System-Second Generation-EPS-SG), em- portera un instrument, le Ice Cloud Imager (ICI), avec des fréquences sub-millimétriques jusqu’à 664 GHz, afin d’améliorer la caractérisation globale des nuages de glace. Pour préparer l’exploitation de ces nouvelles données, durant cette thèse, des travaux ont été effectués sur quatre axes complémentaires. Des simulations réalistes de transfert radiatif ont été réalisées de 19 à 700 GHz, pour des scènes météorologiques réelles, couvrant une grande variabilité des nuages en Europe. L’objectif était double : premièrement mieux comprendre la sensibilité des ondes millimétriques et sub-millimétriques à la phase glacée des nuages, deuxièmement créer une base de données robuste pour développer une méthode d’inversion statistique des caractéristiques des nuages de glace. Un code de transfert radiatif atmosphérique (Atmospheric Radiative Transfer Simulator ARTS) a été couplé avec des profils atmosphériques simulés par un modèle méso-échelle de nuage (Weather Research and Forecasting WRF), pour douze scènes européennes aux moyennes latitudes. Les propriétés de diffusion des hydrométéores (glace, neige, graupel, pluie et eau dans le nuage) ont été soigneusement sélectionnées, en particulier pour la phase glace, et la compatibilité avec la microphysique de WRF a été testée : le Discrete-Dipole approximation (DDA) est adopté pour calculer les propriétés diffusantes des particules de neige. Les simulations obtenues ont été systématiquement comparées avec des observations satellitaires coïncidentes d’imageurs et de sondeurs jusqu’à 200 GHz. L’accord entre les simulations et les observations montre la bonne qualité de la base de données, au moins jusqu’à 200 GHz
The meteorological observations from satellites in the microwave domain are currently limited to 190 GHz. The next generation of European operational Meteorological Satellite (EUMETSAT Polar System-Second Generation-EPS-SG) will carry an instrument, the Ice Cloud Imager (ICI), with frequencies up to 664 GHz, to provide unprecedented measurements in the sub-millimeter spectral range, aiming to improve the characterization of ice clouds over the globe. To prepare this upcoming satellite-borne sub-millimeter imager, during this thesis, scientific efforts have been made on four complementary aspects. Realistic radiative transfer simulations have been performed from 19 to 700 GHz, for real meteorological scenes, covering a large variability of clouds in Europe. The goal was two fold, first to better understand the sensitivity of the microwave to sub-millimeter waves to the cloud frozen phases, and second, to create a robust training database for a statistical cloud parameter retrieval. The Atmospheric Radiative Transfer Simulator (ARTS) is coupled with atmospheric profiles from the Weather Research and Forecasting (WRF) model, for twelve diverse European mid-latitude scenes. The single scattering properties of the hydrometeors (cloud ice, snow, graupel, rain, and cloud water) are carefully selected, especially for the frozen phases, and compatibility with the micro- physics in WRF is tested: the Discrete-Dipole Approximation (DDA) is adopted for snow particles. The resulting simulations have been systematically compared with coincident satellite observations from imagers and sounders up to 200 GHz. The agreement between simulations and observations shows the good quality of the simulated training database, at least up to 200 GHz

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Vernier, Jean-Paul. "Les aérosols et le transport dans la haute troposphère et la stratosphère tropicale à partir des mesures du lidar spatial CALIPSO". Phd thesis, Université de Versailles-Saint Quentin en Yvelines, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00669120.

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Ce travail de thèse porte sur la description des aérosols stratosphériques et des mécanismes de transport responsables de leur évolution dans le temps à partir des deux premières années d'observations du lidar CALIOP embarqué sur le satellite franco-américain CALIPSO, lancé en mai 2006. Après adaptation des algorithmes de restitution aux faibles signaux de diffusion Mie des aérosols stratosphériques et correction de l'étalonnage rendue nécessaire par la présence d'aérosols dans la gamme d'altitude de l'étalonnage des produits standards, il est montré qu'il est possible d'obtenir des profils moyens zonaux de rapport de diffusion avec une précision de 2%. Après application de ces corrections ainsi que d'un masque de nuages reposant sur la dépolarisation du signal lidar, l'évolution observée des aérosols entre 15 et 40 km d'altitude de juillet 2006 à septembre 2008, conduit aux conclusions suivantes : a) l'approvisionnement souvent ignoré et fréquent de la stratosphère en aérosols par des éruptions volcaniques relativement mineures, d'indice d'explosivité de 3 à 4, se traduisant par des panaches autour de 19-20 km d'altitude, soulevés lentement par la suite par la circulation de Brewer-Dobson pour parvenir un an plus tard à 25 km ; b) le découplage entre la moyenne et la basse stratosphère séparées par une région de vitesse verticale faible ou nulle vers 20 km. En accord avec les idées prévalant sur le sujet, la moyenne stratosphère tropicale apparaît comme le siège d'un soulèvement lent à une vitesse de l'ordre de 300 m/mois, confiné dans le " tropical pipe ", suivi à plus haute altitude d'un échange méridional d'intensité modulée par l'oscillation quasi-biennale. Par contre et en contradiction avec le schéma aujourd'hui accepté de soulèvement lent produit par l'échauffement radiatif de l'air depuis le niveau du sommet des enclumes convectives vers 14 km, la région en dessous de 20 km apparaît être le siège de violentes injections d'air propre, depuis la troposphère et vraisemblablement lessivé dans les nuages, particulièrement intenses à l'équateur durant la saison convective la plus active de l'été austral. Dans la mesure où la TTL, Tropical Transition Layer, est définie comme la région de la stratosphère soumise à l'influence de la troposphère, ces observations suggèrent que son sommet se situe vers 20 km. Une conséquence du mélange avec l'air propre troposphérique est le nettoyage rapide dans cette tranche d'altitude des aérosols volcaniques qui peuvent s'y trouver. Enfin une autre observation inattendue est celle de la présence chaque année de couches aérosols entre 15 et 18 km limitées à l'Afrique de l'Ouest et à l'Asie du Sud durant leur saison respective de mousson, dont il est suggéré qu'il puisse s'agir de fines poussières minérales d'origine désertique.

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Guermazi, Henda. "Télédétection des aérosols sulfatés d’origine volcanique dans l’infrarouge thermique". Electronic Thesis or Diss., Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019PSLEE038.

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Resumen

Cette thèse s'intéresse au développement de nouvelles méthodes d’observation spatiale des aérosols sulfatés volcaniques, dans l’infrarouge thermique. Les premiers travaux ont débouché sur l’importance de considérer les interférences radiatives entre les aérosols sulfatés et le SO₂ afin d’optimiser les observations satellitaires des deux espèces dans cette région spectrale. Pour une éruption volcanique simulée, le signal des aérosols sulfatés domine dans le spectre infrarouge à partir de 3 à 5 jours de l’éruption volcanique, entrainant des surestimations sur les observations du SO₂. Observées conjointement avec des capteurs infrarouges à haute résolution spectrale, comme MetOp-IASI, les deux espèces peuvent être restituées indépendamment. À la lumière de ces observations, un algorithme d'inversion appelé AEROIASI-Sulphates a été développé afin de restituer des profils verticaux d’extinctions et de concentration massiques des aérosols sulfatés à partir des mesures IASI. AEROIASI-Sulphates identifie correctement la morphologie du panache volcanique horizontalement ainsi que verticalement après un jour de l’éruption du volcan Etna (Mars 2012) et ceci est confirmé à travers la comparaison avec les observations et les simulations du panache de SO₂. Pour une quantité de soufre initiale de 1.5 kT, 60 % de la masse de soufre injectée est convertie en particules après 24h de l'éruption. Un forçage radiatif direct en ondes courtes, calculé à l'échelle régionale pour la zone Méditerranéenne occidentale, a été estimé à -0.8 W/m². Il s’agit de la première quantification des aérosols sulfatés à partir d’un instrument spatial en géométrie nadir, ce qui présente une grande importance pour mieux comprendre les processus de dégazage volcanique et pour évaluer l’impact climatique des éruptions volcaniques à l’échelle régionale
The main objective of this thesis is to develop new satellite observations of volcanic sulphate aerosols, in the Thermal InfraRed (TIR). We found, as first results, that it is important to consider the radiative interference between sulphate aerosols and SO₂ in order to optimize satellite retrievals of the two species. For a simulated volcanic eruption, the mutual effect of SO₂ and sulphate aerosols on the TIR outgoing radiation is evident after three to five days from the eruption. Significant overestimations may be introduced in SO₂ retrievals if the presence of sulphate aerosols is not taken into account. The high spectral resolution of IASI instrument allows the observation of these two effluents as independent quantities with limited uncertainties. Based on these results, we developed a new retrieval algorithm using IASI observations, called AEROIASI-Sulphates, to measure vertically-resolved sulphates aerosols extinctions and mass concentration profiles. The algorithm is applied to a moderate eruption of Mount Etna volcano. AEROIASI-Sulphates correctly identifies the volcanic sulphate aerosols plume morphology both horizontally and vertically after comparisons with SO₂ plume observations and simulations. For an initial sulphur mass of 1.5 kT, 60 % of the injected sulphur mass is converted to particulate matter after 24 h from the beginning of the eruption. A shortwave and direct radiative forcing of -0.8 W/m² is exerted at the regional scale in the western Mediterranean area. This is the first time that sulphate aerosols are quantitatively observed from space-based instruments in the nadir geometry, which is of great importance to monitor and quantify volcanic emissions, their evolution and impacts at the regional scale

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Leroux, Delphine. "Analyses statistiques et modèles d'inversion pour la validation des données d'humidité des sols de la mission SMOS". Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00776536.

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Dans un contexte de changement climatique, de nombreuses études portent sur l'observation de plusieurs paramètres physiques tels que la température du sol ou la végétation. L'humidité du sol fait partie des traceurs observés pour surveiller l'évolution du cycle hydrologique sur Terre. Parmi les satellites d'observation de la Terre, la première mission à avoir été spécialement conçue pour l'observation de l'humidité des sols à l'échelle globale a été la mission SMOS lancée le 2 Novembre 2009. La première partie de ma thèse a porté sur la validation du produit d'humidité SMOS. Pour l'échelle locale, une comparaison entre des humidités retrouvées à partir d'observations satellite (SMOS, AMSR-E et ASCAT), des humidités modélisées (ECMWF) et des humidités mesurées sur quatre bassins versants test aux Etats-Unis. Dans un second temps, le produit d'humidité SMOS est évalué à l'échelle globale en utilisant la triple collocation. La carte globale de l'erreur SMOS est ensuite reliée à différents autres paramètres en utilisant les méthodes ANOVA et CART pour en déterminer la cause. Le produit d'humidité SMOS a ensuite été replacé dans un contexte historique. Deux méthodes sont présentées afin de relier les humidités SMOS et AMSR-E sur les quatre sites test aux États-Unis : le CDF matching et les copules. La dernière partie reviendra sur l'algorithme de SMOS et sur ses innovations par rapport à ceux déjà existants. Pour cela, un algorithme plus simple est mis en place et adapté aux acquisitions multi-angulaires de SMOS. Une comparaison entre les humidités retrouvées avec ce modèle simplifié et celles de SMOS permet de mieux comprendre les améliorations que SMOS est capable de fournir.

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Delaunay, Xavier. "Compression d'images satellite par post-transformées dans le domaine ondelettes". Phd thesis, Toulouse, INPT, 2008. http://oatao.univ-toulouse.fr/7746/1/delaunay.pdf.

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Resumen

Le CNES s'intéresse aux nouvelles transformées pour accroître les performances de la compression d'images à bord des satellites d'observation de la Terre. Dans cette thèse nous étudions les post-transformées. Elles sont appliquées après la transformée en ondelettes. Chaque bloc de coefficients d'ondelettes est de nouveau transformé dans une base sélectionnée dans un dictionnaire par minimisation d'un critère débit-distorsion. Nous commençons par mettre en évidence des dépendances entre coefficients d'ondelettes qui limitent les performances en compression. Nous étudions ensuite la transformée en bandelettes par blocs, qui est à l'origine des post-transformées, et nous en optimisons les paramètres pour la compression d'images satellite. En particulier nous adaptons la méthode d'optimisation de Shoham et Gersho à la sélection de la meilleure base de bandelettes. Nous en déduisons une formule du multiplicateur de Lagrange optimal quiintervient dans le critère de sélection. Dans un deuxième temps, nous analysons les dépendances entre coefficients d'ondelettes qui ne sont pas prises en comptes par les bandelettes et nous définissons de nouvelles bases de post-transformées. Les bases construites par ACP minimisent les corrélations entre coefficients post-transformés et compactent l'énergie de chaque bloc sur un petit nombre de coefficients. Cette propriété est exploitée lors du codage entropique. Enfin, nous modifions le critère de sélection des bases pour adapter la post-transformée à une compression progressive. Nous employons alors la post-transformée de Hadamard dans le codeur du CCSDS le tout ayant une faible complexité calculatoire.

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Machault, Vanessa. "Utilisation de données d'observation de la terre par satellite pour l'évaluation des densités vectorielles et de la transmission du paludisme". Thesis, Aix-Marseille 2, 2010. http://www.theses.fr/2010AIX20722/document.

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Resumen

Malgré les efforts nationaux et internationaux, le paludisme reste un problème de santépublique majeur dans de nombreux pays et les systèmes de santé ont des difficultés pourévaluer son poids réel, le risque de transmission des plasmodiums et leur répartitiongéographique. Pourtant, l’hétérogénéité spatiale du paludisme peut être importante et dans cecontexte de concentration du risque, la lutte contre la maladie peut gagner à être focaliséedans certains lieux et certaines périodes. D’une part, l’environnement est un déterminantmajeur de la biodiversité du paludisme à cause du caractère vectoriel de la transmission et despréférences bioécologiques des vecteurs. D’autre part, les satellites en orbite peuvent fournirdes données environnementales, climatiques et météorologiques qui ont déjà été utilisées pourl’étude de maladies infectieuses. La « télé-épidémiologie » a été définie comme une approcheintégrée visant à associer des données médicales, épidémiologiques ou entomologiques deterrain à des données environnementales obtenues par satellites, en s’appuyant sur lacompréhension et la mesure des mécanismes physiques et biologiques qui sont en jeu. Dansles villes, il a déjà été possible de mettre en évidence, en utilisant des données satellites à deséchelles appropriés, des associations entre des éléments urbains cartographiés et desindicateurs paludométriques. Chez des voyageurs, dans l’objectif d’une évaluation du risquede contracter le paludisme ou de l’efficacité de mesures prophylactiques, il serait utile depouvoir évaluer et prédire les niveaux d’exposition à la transmission dans les différenteslocalités parcourues. L’objectif général des travaux de la présente thèse était d’identifier desfacteurs environnementaux mesurables par satellite et utilisables pour l’évaluation du risquede paludisme chez les voyageurs d’une part et en milieu urbain d’autre part.Tout d’abord, des données de télédétection ont été utilisées pour évaluer les niveauxd’expositions au risque de paludisme d’une population de militaires, dans le cadre d’un travailsur l’estimation de leurs facteurs de risque d’accès palustre. Les résultats ont montré que,même en prenant en compte les facteurs de confusion de l’âge et de l’observance de lachimioprophylaxie, l’environnement était le principal facteur associé au risque de survenued’accès palustres.En parallèle, une large collecte de données entomologiques a été effectuée pendant cinq ansdans la ville de Dakar et a permis de mettre en évidence une très forte hétérogénéité spatiale ettemporelle de la transmission du paludisme dans la ville. Les informations collectées ont étécentralisées dans une base de données géoréférencée (SIG - Système d’InformationGéographique) contenant toutes les variables entomologiques, environnementales,météorologiques, biologiques et physiques relevées sur le terrain ou par satellites.Puis un travail de modélisation du risque entomologique dans la capitale du Sénégal, basé surles données collectées sur le terrain et sur des données environnementales issues d’imagessatellites a été mené. Une première étape a permis de mettre en évidence les évolutions deszones à risque de transmission et d’affirmer que le pourcentage de la population dakaroise àfort risque de transmission avait diminué entre 1996 et 2007. Une deuxième étape a conduit àl’élaboration de 1) une carte des gîtes larvaires accompagné d’un indice de productivité dansla ville de Dakar, 2) une carte des densités d’agressivité des anophèles adultes, puis 3) cescartes étaient rendues dynamiques, c'est-à-dire que les variations temporelles liées auxvariations de leurs déterminants météorologiques étaient prises en compte.Les résultats des travaux de thèse ont montré que des données de télédétection associées à unegrande quantité de données de terrain peuvent permettre l’ajustement de modèles prédictifs etla construction de cartes de risque entomologique, en milieu urbain ou pour des populationsmobiles
Despite national an international efforts, malaria remains a major public health in manycountries and sanitary systems are hindered by the lack of information on the actual burden ofmalaria, on the plasmodium transmission risk and on their geographical distribution.Nevertheless, spatial heterogeneity can be important and in this context, malaria control couldbe improved if could be focused in place and time. On one hand, the environment is a majordeterminant of malaria biodiversity, because of the vectorial transmission and the vectorsbioecological preferences. On another hand, orbiting satellites can provide environmental,climatic and meteorological data that already have been used for the study of infectiousdiseases. “Tele-epidemiology” has been defined as an integrated approach aiming atassociating medical, epidemiological or entomological ground data, with remotely-sensedenvironmental data, based on the in depth comprehension and measurement of the involvedphysical and biological mechanisms. In cities, it has already been possible to highlightassociations between mapped urban settings and malariometric indices, using satellite data atappropriate scales. Among travellers, in the objective to evaluate malaria risk or efficacy ofprophylactic devices, it would be useful to evaluate and predict transmission levels in thevisited places. The objective of the present thesis was to identify environmental factors thatcould be remotely-sensed and that could be used in the evaluation of malaria risk amongtravellers on one hand and in urban settings on the other hand.First, remotely-sensed data have been used to evaluate levels of exposure to malaria risk ofmilitaries, in the scope of a study on their risk factors for clinical malaria. Results haveshowed that, even when taking into account age and compliance to chemoprophylaxis asconfusion factors, the environment was the factor the most strongly associated to clinicalmalaria risk.In parallel, an extensive entomological study has been conducted during five years in Dakarand allowed demonstrating a strong spatial and temporal heterogeneity of malariatransmission in the city. Collected information were centralized in a georeferenced database(GIS - Geographic Information System) containing all entomological, environmental,meteorological, biological and physical data collected on the field or by remote sensing.Finally, modelling of entomological risk in the capital city of Senegal was undertaken, basedon data collected on the ground and environmental data issued from satellites. A first stepshowed the evolution of malaria transmission risk areas and allowed declaring that thefraction of human population that was at high risk for transmission decreased between 1996and 2007. A second step led to the development of 1) a map of the breeding sites with aproductivity indicator in Dakar city, 2) a map of aggressive adult Anopheles densities, and 3)a dynamic aspect was added to those maps, taking into account the variations of theirmeteorological determinants.The results of the work undertaken in this thesis demonstrated that remotely-sensedinformation, associated with a large amount of ground data, allow to adjust predictive models and to draw entomological risk maps, in urban settings or for moving populations

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Marti, Renaud. "Apport des méthodes de télédétection à très haute-résolution spatiale dans l'étude des variations de la cryosphère des Pyrénées". Thesis, Toulouse 2, 2016. http://www.theses.fr/2016TOU20024/document.

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Resumen

La cryosphère désigne les milieux où l’eau est présente sous sa forme solide, comme la neige ou les glaciers. La sensibilité des composantes de la cryosphère aux fluctuations climatiques, notamment température et précipitation, permet de construire des indicateurs de première importance dans le suivi de la ressource en eau et de l’évolution du climat. Les structures sociétales sont directement impactées par les altérations de ces réservoirs naturels de montagne : irrigation, potentiel hydro-électrique, tourisme, patrimoine paysager. Dans le cadre du projet de thèse-CRYOPYR, un important travail méthodologique a été effectué pour estimer les variations de surface et de volume de neige et de glace à partir de l’imagerie optique très haute résolution. Le massif des Pyrénées (3 404 m) abrite les glaciers les plus méridionaux d’Europe, et présente un important manteau neigeux saisonnier. Nous avons pu estimer la hauteur de neige en fin de période d’accumulation dans le bassin versant de la centrale hydro-électrique de Bassiès (Ariège). Dans le cas du glacier d’Ossoue (Hautes-Pyrénées), nous avons pu cartographier les variations pluriannuelles d’altitude du glacier. Complétée par une recherche de données historiques, cette démarche a permis de reconstruire les fluctuations du glacier depuis la fin du petit âge glaciaire (1850), et de caractériser les variations du climat régional à haute altitude dans les Pyrénées. L’association de ces méthodes quantitatives et de ces sites d’études permet de fournir des éléments de réponses à la problématique hydro-climatique pyrénéenne
The Pyrenees mountain range hosts the southernmost glaciers in Europe (south of 43 _N), and are covered by a large seasonal snowpack. Glacier and snowpack are both components of the cryosphere, the water in its frozen state, and present high sensitivity to climatic influences. In the Pyrenees, water availability from snowmelt is an important issue concerning hydropower generation, irrigation in lowlands and are potentially linked to conflict usage. Pyrenees ski resorts are highly vulnerable to a potential declining snowpack. Pyrenean glaciers are strongly out of balance with regional climate and are in jeopardy in this new century. Natural patrimony and the visual perception of the high mountain landscape could be irrevocably affected by this lost. Snow depth cartography may provide valuable information to manage human activities in link with snow presence. To date, there is no direct approach to map snow depth in mountainous areas from spaceborne sensors. Here, we examined the potential of very-high-resolution stereo satellites to map snow depth in a mountain catchment. The results showed a decimetric accuracy and precision in the Pléiades derived snow depths, and realistic snow patterns. We also validated Pléiades data to estimate the annual glacier mass balance of a Pyrenean glacier. Thanks to this new approach and a deep sounding of archives data, we reconstructed the evolution of the second largest glacier of the Pyrenees (Ossoue glacier, 42.46 _N, 0.45 km2). Ossoue glacier has retreated since the end of the little ice age (LIA) with some stable phases, and would probably disappear by the half of the 21th century. Based on a new complete inventory, we maped the outline of the Pyrenean glaciers at the end of the little ice age (1850 approximately) and in 2011. It appears clear that the Pyrenees mountain range is in its last stage of deglaciation
El término criósfera designa al conjunto de lugares donde el agua está presente en forma sólida, como la nieve o los glaciares. La sensibilidad de los componentes de la criósfera a las fluctuaciones climáticas, en particular la temperatura y las precipitaciones, permite construir indicadores de primera magnitud en el seguimiento del recurso hídrico y de la evolución del clima. Las alteraciones de esos depósitos naturales de montaña afectan de forma directa a estructuras de tipo social, tales como la: irrigación, la energía hidroeléctrica, el turismo o el patrimonio paisajístico. En el marco del proyecto de tesis CRYOPYR, llevamos a cabo un importante trabajo metodológico a partir de imágenes ópticas por satélite de muy alta resolución con el fin de evaluar las variaciones de superficie y de volumen de las capas de nieve y de hielo. Los Pirineos (3 404 m) cobijan los glaciares más meridionales de Europa, así como un importante manto de nieve estacional. Pudimos determinar la altura de la capa de nieve al final del periodo de acumulación en la cuenca de la central hidroeléctrica de Bassiès (Ariège, Francia). En el caso del glaciar de Ossoue (Hautes-Pyrénées, Francia), cartografiamos las variaciones plurianuales de altitud del glaciar. Completamos este trabajo basado en adquisiciones de imágenes por satélite con una búsqueda de datos históricos. De este modo, reconstruimos las fluctuaciones del glaciar de Ossoue desde el final de la pequeña edad de hielo (1850), y caracterizamos las variaciones del clima regional a alta altitud en los Pirineos. La combinación de estos métodos cuantitativos con medidas en sitios representativos de los cambios en curso ofrece elementos de respuesta a la problemática hidroclimática pirenaica

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Choi, Hyung Jin. "Characterization of properties and spatiotemporal fields of mineral aerosol and its radiative impact using CALIPSO data in conjunction with A-Train satellite and ground-based observations and modeling". Diss., Georgia Institute of Technology, 2011. http://hdl.handle.net/1853/41105.

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The Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation (CALIPSO) mission provides unique measurements of vertical profiles of aerosols and clouds and their properties during day and night-time over all types of surfaces. This information has the potential to significantly improve our understanding of the properties and effects of aerosol and clouds. This dissertation presents the results of a comprehensive analysis of CALIPSO lidar (version 2 and version 3.01) data in conjunction with A-Train satellite and ground-based observations aimed at characterizing mineral aerosol in East Asia and other major dust sources. The specific objectives were to characterize the spatial distribution and properties of atmospheric dust in the dust source regions using new CALIOP (version 3.01) data in conjunction with satellite MODIS, OMI, and CloudSat data and ground-based meteorological and lidar data; investigate changes in the vertical distribution and properties of dust during mid- and long-range transport; perform a modeling of the optical properties of nonspherical dust particles, and assess the radiative forcing and heating/cooling rates of atmospheric dust by performing radiative transfer modeling constrained by satellite data in major dust source regions.

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Espinoza, Villar Raúl. "Suivi de la dynamique spatiale et temporelle des flux sédimentaires dans le bassin de l'Amazone à partir d'images satellite". Toulouse 3, 2013. http://thesesups.ups-tlse.fr/2550/.

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L'objectif de cette thèse est de caractériser les flux sédimentaires des principaux fleuves amazoniens à partir du suivi par télédétection des propriétés optiques de leurs eaux. Des campagnes ont permis de mesurer les principales caractéristiques des flux hydrologiques, des matières en suspension (MES) et de leurs propriétés optiques apparentes. La réflectance télédétectée est bien corrélée avec le MES dans l'infrarouge (r²=0. 81-8400. 9), entre les longueurs d'onde de 500 à 800nm. Les données satellitaires MODIS sont privilégiées dans cette étude du fait de leur fréquence d'acquisition. L'utilisation de ces images est rendue difficile par l'étroitesse des cours d'eau vis-à-vis de la taille des pixels. Un algorithme a été développé afin d'identifier de manière automatique les pixels d'eaux purs au sein des scènes MODIS. La réflectance des eaux fluviales calculées par l'algorithme est validée avec les données radiométriques, avec une bonne précision. L'utilisation de cet algorithme permet un traitement automatisée des séries temporelles MODIS. Les données satellites sont utilisées dans un bassin versant de l'Amazone au Pérou et celui du Madeira au Brésil pour vérifier la robustesse des estimations par satellite et comprendre la variabilité spatio temporelle des processus hydrosédimentaires La présente thèse démontre pour la première fois que les propriétés optiques des MES au sein d'un grand bassin versant hydrologique sont suffisamment stables spatialement et temporellement pour permettre un suivi des flux sédimentaires par tédétection
The objective of this thesis is to characterize the sedimentary fluxes of the main Amazonian rivers, using the remote sensing monitoring of their water optical properties. The field campaigns provided main characteristics of hydrological fluxes, suspended sediment (SS) and their apparent optical properties. Remote sensing reflectance is well correlated with the SS concentration in the infrared (r² = 0. 81-840 0. 9), without saturation between 500 - 850 nm. MODIS data was chosen in this study because of their high acquisition frequency. However, the use of such images is complicated because of the small size of the river steam in comparison to the pixel size. An algorithm was developed in order to automatically identify the pure water pixels into the MODIS images. The fluvial water reflectance calculated with the algorithm is validated with the in-situ radiometric data previously described, with a good precision. This algorithm is used to process automatically MODIS temporal series, along the Amazon River in Peru and the Madeira River in Brazil to check the quality of satellite estimates and understand the temporal and spatial variability of hydrosedimentary processes. This thesis demonstrates, for the first time, that the suspended sediment optical properties in a large watershed are spatially and temporally stable enough to allow effective monitoring of surface sediment flow using remote sensing

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Mbengue, Abdou Aziz. "Estimation par satellite de l'humidité spécifique au dessus de l'océan par radiométrie hyperfréquence". Phd thesis, Université de Versailles-Saint Quentin en Yvelines, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00737712.

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L'océan joue un rôle très important dans la régulation du climat de la terre à travers les échanges de chaleur avec l'atmosphère, qui se font en grande partie sous forme de Flux de Chaleur Latente (FCL). Ce dernier dépend notamment de l'humidité spécifique à quelques mètres au-dessus de la surface. Cette dernière variable est encore mal maîtrisée dans les modèles météorologiques, et trop peu d'observations sont disponibles à l'échelle du globe pour calculer des champs d'humidité et de flux de chaleur latente, pourtant nécessaires pour forcer les modèles océaniques, par exemple. Dans ce travail, on analyse le potentiel des données de télédétection spatiale pour estimer l'humidité de surface. L'intérêt majeur des satellites est qu'ils nous permettent d'observer l'ensemble des océans à une échelle temporelle de quelques jours seulement. Afin de restituer l'humidité spécifique, nous nous servons des données de températures de brillance mesurées par les radiomètres hyperfréquences AMSU-A (Advanced Microwave Sounding Unit - A) et AMSU-B embarqués à bord des satellites NOAA 15, 16 et 17. AMSU-A comporte 15 canaux entre 23.8 GHz et 89 GHz, avec une résolution de 48 Km, et AMSU-B comporte 5 canaux entre 89 GHz et 183.31 GHz, et a une résolution de 16 Km. Nous utilisons les radiomètres AMSU parce qu'ils possèdent un nombre important de canaux (20 canaux au total), dont certains sont sensibles à la vapeur d'eau. Malgré leur potentiel intéressant, les radiomètres AMSU ont jusqu'ici été peu exploités pour la restitution de l'humidité de surface. Deux approches sont utilisées pour faire cette restitution : la régression linéaire multiple et les réseaux de neurones artificiels. Grâce à cette dernière méthode, nous avons pu restituer l'humidité de surface avec une amélioration de 21.8% par rapport à l'algorithme de référence (Bentamy et al., 2003). Ceci se traduit par un écart rms de 0.86 g/kg, par rapport aux données de validation, qui sont les observations horaires des mouillages TAO et PIRATA. L'ensemble des résultats trouvés au cours de cette étude indique clairement que le satellite apporte un point de vue complémentaire par rapport aux modèles opérationnels et par rapport aux observations, vis-à-vis de l'humidité de surface.

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Tesis sobre el tema "CALIPSO (satellite de télédétection)"

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