Tesis:

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Hamperl, Jonas. "Development of a differential absorption lidar for remote sensing of water vapor and the isotopologue HDO". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2022. http://www.theses.fr/2022SORUS477.

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Resumen

Les observations des isotopologues stables de l'eau dans l'atmosphère fournissent des informations précieuses sur l'histoire de la condensation et de l'évaporation de la vapeur d'eau. La fourniture de telles données avec haute résolution verticale dans la basse troposphère (0-3 km) contribue à améliorer notre compréhension des processus de base tels que la formation de nuages, la convection humide et le mélange, et offre la possibilité d'augmenter la précision des prévisions faites par les modèles de circulation générale de l'atmosphère. Malgré les progrès de la télédétection depuis le sol et depuis l'espace, les produits d'inversion à partir de capteurs passifs sont sujettes à des biais et manquent de la résolution verticale requise pour les études du cycle de l'eau dans la basse troposphère. L'objectif de cette thèse est d'étudier une approche de télédétection active basée sur la méthode DIAL (differential absorption lidar) pour mesurer à la fois l'isotopologue principal de la vapeur d'eau H2(16)O et l'isotopologue semi-lourd de l'eau HD(16)O avec une résolution verticale et temporelle élevée (100-200 m, 10 min). Les performances attendues d'un tel instrument en termes d'erreurs aléatoires et systématiques ont été analysées en premier lieu à l'aide de simulations prenant en compte les paramètres instrumentaux et atmosphériques. L'analyse théorique a montré que la plage spectrale autour de 1,98 μm est appropriée pour la mesure DIAL de H2(16)O et HD(16)O et que ces mesures nécessitent un laser accordable dans cette plage de longueurs d'onde avec des énergies d'impulsion de dizaines de mJ. Pour répondre à cette exigence, une source laser paramétrique basée sur un oscillateur paramétrique optique à cavités imbriquées et un étage d'amplification paramétrique optique utilisant des cristaux de phosphate de titanyl de potassium périodiquement polarisés (PPKTP) de haute ouverture (5×7 mm^2) a été mise en place. Cette source émit une radiation monofréquence largement accordable (1,95-2,30 μm) avec des énergies allant jusqu'à 9 mJ pour des impulsions de 12 ns à une fréquence de répétition de 150 Hz. En utilisant la source laser développée, des mesures DIAL de H2(16)O et HD(16)O dans la couche limite atmosphérique ont été réalisées en mode de détection directe dans le cadre de plusieurs campagnes de mesure. Il a été montré qu'avec la configuration de lidar développée, les mesures des isotopologues avec une précision significative sont limitées aux premières centaines de mètres au-dessus du sol. Pour réaliser des mesures avec des résolutions et précisions adaptées aux études du cycle de l'eau dans toute la couche limite, des améliorations instrumentales supplémentaires en termes d'énergie laser et de réduction du bruit de détection sont nécessaires. Dans ce but, une étape supplémentaire est proposée pour la conception et la préparation d'une architecture lidar capable d'atteindre une sensibilité plus élevée grâce à un schéma d'amplification à double étage optimisé, ce qui devrait permettre d'atteindre des énergies de sortie supérieures à 40 mJ
Observations of stable water isotopologues in the atmosphere provide valuable insights into the condensation and evaporation history of water vapor. The provision of such data with sufficient vertical resolution in the lower troposphere (0–3 km) helps to improve our understanding of basic processes like cloud formation, moist convection and mixing, and offers the potential to increase the accuracy in the predictions made by atmospheric general circulation models. Despite the progress in remote sensing from the ground and from space, retrievals from passive sensors are prone to biases and lack the vertical resolution required for water cycle studies in the lower troposphere. The aim of this thesis is to investigate an active remote sensing approach based on the differential absorption lidar (DIAL) method to measure both the water vapor main isotopologue H2(16)O and the semiheavy water isotopologue HD(16)O with high vertical and temporal resolution (100–200 m, 10 min). The expected performance of such an instrument in terms of random and systematic errors was first analyzed using simulations accounting for instrumental and atmospheric parameters. The theoretical analysis showed that the spectral range around 1.98 μm is suitable for DIAL profiling of H2(16)O and HD(16)O and that range-resolved measurements require a tunable laser in that wavelength range with pulse energies of tens of mJ. To fulfill this requirement, a parametric laser source based on a nested-cavity optical parametric oscillator and an optical parametric amplification stage using state-of-the-art high-aperture (5×7 mm^2) periodically poled potassium titanyl phosphate (PPKTP) crystals was implemented. It delivers widely tunable (1.95–2.30 μm) single-frequency radiation with energies up to 9 mJ for 12 ns pulses at a repetition rate of 150 Hz. Using the developed laser source, DIAL measurements of H2(16)O and HD(16)O in the atmospheric boundary layer were conducted in direct-detection mode in the frame of several measurement campaigns. It was shown that with the developed lidar setup, isotopologue measurements with meaningful precision are limited to the first few hundred meters above the ground. To achieve measurements with range resolution and precision suitable for water cycle studies within the entire boundary layer, further instrumental improvements in terms of laser energy and reduced detection noise are necessary. For this purpose, a further step is proposed for the design and pre-development of a lidar setup capable of achieving a higher sensitivity thanks to an optimized double-stage amplification scheme for the laser transmitter that should allow to reach output energies >40 mJ

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Sivira, Figueroa Ramsès Gregorio. "Exploitation des mesures "vapeur d'eau" du satellite Megha-Tropiques pour l'élaboration d'un algorithme de restitution de profils associés aux fonctions de densité de probabilité de l'erreur conditionnelle". Paris 6, 2013. http://www.theses.fr/2013PA066723.

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Resumen

Nous avons mis au point une méthodologie qui nous a permis de développer un algorithme purement statistique de restitution des profils de vapeur d'eau à partir des observations fournies par les instruments SAPHIR et MADRAS du satellite Megha-Tropiques, et aussi de quantifier l'incertitude conditionnelle d'estimation. Trois modèles ont été optimisés pour l'estimation des profils sur 7 couches de la troposphère et de la fonction de distribution de la probabilité (pdf) de l'erreur conditionnelle sur chacune des couches. L'effort porté sur l'optimisation des modèles statistiques a permis de démontrer que la précision de la restitution est indépendante de l'approche et qu'elle est directement reliée aux contraintes physiques du problème posé. Ainsi, le maximum de précision est obtenu aux couches situées dans la moyenne troposphère (biais maximum de 2,2%) tandis que la précision se dégrade aux extrêmes de la troposphère, ce qui est expliqué par le contenu en information des deux instruments. A partir de la densité de probabilité de l'erreur conditionnelle, des intervalles de confiance conditionnels de l'humidité ont été estimés. On observe sur les données synthétiques que l'hypothèse Gaussienne est plus performante. Cette méthode a été appliquée sur des données réelles et l'exploitation des ces données a révélé un comportement semblable aux données de l'apprentissage, avec une bonne performance (biais de -5,77% et coefficient de corrélation de 0,86) en moyenne troposphère et une dégradation aux extrêmes de la colonne atmosphérique
We designed a methodology that allows us to develop a purely statistic water vapor profile restitution algorithm from Megha-Tropiques SAPHIR and MADRAS instruments with synthetic observations, and specially to quantify the restitution of conditional uncertainties. Three statistical models were optimized using this learning database to estimate seven layers tropospheric water vapor profiles and their conditional error probability density function (pdf). The optimized models lead us to conclude a model-independency restitution accuracy and this accuracy is directly related to physical constraints. Also, maximal precision was achieved in mid-tropospheric layers (maximal bias: 2. 2% and maximal correlation coefficient: 0. 87) while extreme layers show degraded precision values (at surface and the top of the troposphere, maximal bias: 6. 92 associated to a fort dispersion with correlation coefficient: 0. 58), this behavior could be explained by instrumental information lack. From conditional error probability functions, knowing observed brightness temperatures, humidity confidence intervals were estimated by each layer. The two hypotheses were tested and we obtained better results from the Gaussian Hypothesis. This methodology was tested using real data and results are consistent with the learning database with better accuracy (bias: -5. 77%) at mid-tropospheric layers, degrading it to extreme layers

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Alkasm, Sulaf. "Etude des variations spatiales et temporelles de la colonne totale de la vapeur d'eau mesurées depuis le sol et l'espace, au dessus de l'Observatoire de Haute Provence et autour du bassin méditérranéen". Versailles-St Quentin en Yvelines, 2012. http://www.theses.fr/2012VERS0012.

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La vapeur d'eau atmosphérique est un élément important du cycle hydrologique. Ce gaz à effet de serre a des effets dominants sur le climat et sur le réchauffement climatique. Sa distribution est très variable à l'échelle mondiale et temporelle et ses mécanismes de répartition peu connue. Cette thèse porte d'une part sur l'étude de la colonne totale de vapeur d'eau au dessus de l'Observatoire de Haute Provence (OHP), mesurée avec les instruments SAOZ et Elodie depuis le sol, et avec les instruments embarqués sur satellite, GOME, GOME2 et SCHIAMACHY, et d'autre part sur la région côtière de la Méditerranée grâce aux données des mêmes satellites. L'analyse de ces données disponibles de 1995 à 2009 a permis leur validation, l'interprétation des champs de variabilités de la vapeur d'eau intégrant les mécanismes de distribution géographiques à l'échelle de l'OHP, ainsi que de leurs variations saisonnières et de leurs tendances à long terme au dessus de l'OHP et de la Méditerranée
The atmospheric water vapor is an important component of the hydrologic cycle. As greenhouse gas it has dominant effects on climate and global warming. Its distribution is highly variable at global and temporal scales and its mechanisms still poorly understood. This thesis deals with one hand on the study of total column water vapor over the Observatoire de Haute Provence (OHP) in Southern France, measured with instruments SAOZ and Elodie from the ground, and with instruments on satellites, GOME, and GOME2 SCHIAMACHY, and the other hand on the Mediterranean coastal region using data from the same satellites. Analysis of these data available from 1995 to 2009 allowed their validation and interpretation of field variability of water vapor incorporating the mechanisms of geographical distribution across the OHP, and their seasonal variations and their long-term trends over the OHP and the Mediterranean

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Landsberg, Janek. "Développement d'un spectromètre laser OF-CEAS pour les mesures des isotopes de la vapeur d'eau aux concentrations de l'eau basses". Thesis, Grenoble, 2014. http://www.theses.fr/2014GRENY052/document.

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Ces dernières années, la mesure des isotopologues de l'eau est devenue de plus en plus importante pour les sciences de l'atmosphère. A cause de l'influence des conditions climatiques sur les rapports isotopiques, la composition isotopique de l'eau conservée dans la glace en Antarctique et en Arctique peut être utilisée comme un paléothermomètre permettant de comprendre les changements passés du climat. La mesure des variations de la composition isotopique de la vapeur d'eau dans l'atmosphère peut servir à étudier le cycle hydrologique global de la terre et à raffiner les modèles de circulation atmosphérique.Alors que la méthode conventionnelle pour la mesure des isotopes de l'eau, la Spectrométrie de Masse des Rapports Isotopiques (IRMS), n'est pas adaptée aux mesures en continu et in-situ des isotopes de vapeur d'eau, le développement récent des spectromètres laser offre une méthode simple et robuste pour effectuer des recherches sur le terrain avec une bonne résolution temporelle. Pourtant, jusqu'à présent la plupart des instruments optiques exigent des niveaux d'humidité relativement élevés avec des concentrations d'eau supérieures à 1000 ppmv, ce qui exclut les mesures dans quelques unes des régions les plus intéressantes pour l'investigation des variations isotopiques dans l'eau, telles que les couches élevées de l'atmosphère ou les régions centrales de l'Antarctique.Ce travail introduit un nouveau spectromètre laser infrarouge qui est basé sur la technique d'OFCEAS et qui a été conçu spécialement pour la mesure des quatre isotopologues H2_16O, H2_18O, H2_17O et HDO dans un environnement sec avec des concentrations d'eau de quelques centaines à seulement quelques dizaines de ppmv. L'instrument qui a été développé dans le cadre de cette thèse montre une stabilité de mesure supérieure comparée aux instruments OFCEAS précédents, avec des temps d'intégration optimaux pouvant aller jusqu'à plusieurs heures et une longueur de trajet optique effective de plus de 30 km.La performance globale de l'instrument est analysée et le problème de la dépendance des mesures isotopiques vis-à-vis de la concentration d'eau avec laquelle l'expérience est effectuée est investigué en détail. La présence d'un motif fixe spectral est identifiée comme la source principale de bruit et analysée en détail.En outre, un nouveau système de calibration pour des mesures d'isotopes de vapeur d'eau est présenté. Ce système a été développé dans le cadre de cette thèse afin de disposer d'un moyen fiable et stable pour la calibration des mesures des variations isotopiques de la vapeur d'eau. Le système de calibration est basé sur l'injection continue d'eau dans une chambre d'évaporation avec deux pousse-seringue au nanolitre. Il est capable de générer une vapeur d'eau standard entre 5 et 15000 ppmv. Une simulation modélisée de l'injection d'eau, qui est en bon accord avec les expériences, est présentée.Ensuite une première utilisation du spectromètre OFCEAS dans la station de recherche norvégienne (Troll) en Antarctique est exposée en détail. Les données enregistrées pendant une période de trois semaines de Février à Mars 2011 sont présentées et discutées, en particulier relativement aux problèmes de calibration rencontrés avec un système de calibration rudimentaire construit sur place. Pendant cette période le spectromètre a mesuré en continu les isotopologues de vapeur d'eau dans l'atmosphère sur le site de la station.Pour conclure, nous allons présenter le projet Isocloud, un projet international avec pour but d'étudier des effets de (super)saturation en utilisant la chambre à nuages AIDA du KIT en Allemagne. Notre spectromètre et le système de calibration faisaient partie de ce projet. Les données expérimentales de quatre campagnes de mesure sont présentées et des résultats préliminaires sont discutés. Nous concluons avec la discussion d'un protocole de mesure optimal et donnons des perspectives pour le futur
In recent years, the measurement of water isotopologues has become increasingly important for atmospheric research. Due to the influence of climatic conditions on the isotope ratios, the isotopic composition of water stored in the ice in Antarctica and the Arctic can be used as paleothermometers to reconstruct past climate changes. The measurement of changes of the isotopic composition of water vapor in the atmosphere can be used to study the global hydrolocal cycle and to refine atmospheric circulation models.Whereas the conventional method for water isotope measurements, Isotope Ratio Mass Spectrometry (IRMS), is not adapted for in-situ continuous measurements of water vapor isotopes, the recent development of laser spectrometers offers a comparably easy and robust method to conduct in-the-field research with good time resolution. However, until now, most optical instruments require relative high humidity levels with water concentrations of at least several 1000 ppmv, which excludes measurements in some of the most interesting regions for water isotope research, such as the upper atmosphere and the central regions of Antarctica.In this work, we present a novel infrared laser spectrometer based on the technique OFCEAS, specifically designed to measure the four isotopologues H2_16O, H2_18O, H2_17O and HDO under very dry conditions, at water concentrations of some hundred to only tens of ppmv. The instrument developed during this thesis shows much higher measurement stability over time compared to previous OFCEAS instruments with optimum integration times of up to several hours and a very long effective path length of more than 30 km. At water concentrations around 80 ppmv, a precision of 0.8‰, 0.1‰ and 0.2‰ for d2H, d18O and d17O respectively could be achieved with an integration time of 30 to 60 min and at the optimum water concentration of ~650 ppmv, of 0.28‰, 0.02‰ and 0.07‰ respectively.An investigation of the overall performance of the instrument is presented and we specifically discuss the problem of a dependence of the isotope measurements on the water concentration at which a measurement is carried out. As main source of the concentration dependence, pattern noise is identified and a detailed analysis of the noise sources is given.Furthermore, a new calibration system for water vapor isotope measurements, the Syringe Nanoliter Injection Calibration System (SNICS), is introduced, which was developed in the framework of this thesis to offer a more reliable and stable means for the calibration of water vapor isotope measurements. This calibration system is based on the continuous injection of water into an evaporation chamber with two nanoliter syringe pumps and is able to generate standard water vapor in a range of 5 to 15 000 ppmv. A model simulation of the water injection is presented and shows a good agreement with experimental results.Subsequently, a first employment of the OFCEAS spectrometer at the Norwegian research station of Troll in Antarctica is discussed. Data from a three-week period from February and March 2011, during which the spectrometer continuously measured water vapor isotopologues in the atmosphere at the research station, is shown and problems and possibilities are discussed.Finally, the Isocloud project, an international project to study (super)saturation effects at the AIDA cloud chamber of the Karlsruhe Institute Technology in Germany, is introduced, in which we participated with both the spectrometer and the calibration instrument. Experimental data of the four measurement campaigns is presented, preliminary results are discussed. We conclude with a discussion of the optimum measurement protocol and give an outlook for the future

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Brenot, Hugues. "Potentiel de la mesure GPS sol pour l'étude des pluies intenses méditerranéennes". Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00012085.

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La zone Cévennes-Vivarais et son extension jusque la Méditerranée a été choisie par l'OHM-CV (Observatoire Hydrométéorologique-Méditerranéen des Cévennes-Vivarais) pour la fréquence et la représentativité des événements de pluies intenses qu'elle subit. Depuis 2002, des campagnes automnales de mesures GPS y sont menées dans le but d'améliorer notre connaissance du champ de vapeur d'eau troposphérique associé aux événements de pluie intense. Les observations GPS météorologiques sont les ZTD (délais troposphériques au zénith) et les gradients de délais. Exprimé par une composante Est-Ouest (Gew) et une composante Nord-Sud (Gns), le gradient de délai traduit l'anisotropie du champ de vapeur d'eau à proximité du site GPS.Pour le traitement des observations GPS des réseaux permanents et temporaires de la région de l'OHM-CV, une configuration optimale a été recherchée à partir de différents tests de sensibilité. Une précision de 5 mm sur les ZTD peut être obtenue avec cette stratégie d'analyse pour le réseau régional GPS de la région de l'OHM-CV ; Gew est précis à 6 mm près, alors que Gns apparaît moins précis (à 12 mm près) du fait de l'absence de satellite survolant le pôle Nord.Afin de préparer l'assimilation des observations GPS par les systèmes d'assimilation de données à méso-échelle de Météo-France (modèle de Météo-France AROME), des simulateurs d'observations GPS (ZTD, STD et gradients) ont été implémentés dans le modèle non-hydrostatique à haute résolution Méso-NH. Le laboratoire numérique que constitue le modèle Méso-NH a été un moyen efficace de quantifier la sensibilité des simulations de délais à différentes formulations de la réfractivité atmosphérique.

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Lacour, Jean Lionel. "Estimations du profil du rapport isotopique de la vapeur d'eau dans la troposphère à partir de spectres mesurés dans l'infrarouge thermique par le sondeur IASI: méthodologie d'inversion et analyses des premières distributions spatiales". Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2015. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/209151.

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Resumen

La vapeur d’eau est le principal gaz à effet de serre de l’atmosphère et implique un processus de rétroaction climatique positif qui se traduit par une augmentation importante de l’humidité dans la troposphère dans les prochaines décennies. La vapeur d’eau joue également un rôle primordial dans le système climatique, notamment via le transport d’énergie de l’équateur vers les pôles. Malgré ceci, la compréhension des mécanismes qui contrôlent la distribution de la vapeur d’eau sur le globe reste insuffisante, ce qui se répercute sur les prédictions de l’évolution de notre climat. Depuis quelques années, les observations de la composition isotopique de la vapeur d’eau se sont révélées être particulièrement utiles pour aider à mieux comprendre les processus hydrologiques car les différents isotopologues de la vapeur d’eau (H216O, H218O, HDO) se comportent différemment selon les processus en jeu.

Dans cette perspective, les mesures de radiances du système terre-atmosphère dans l’infrarouge thermique par l’Interféromètre Atmosphérique de Sondage Infrarouge (IASI) à bord de la plateforme météorologique MetOp, peuvent fournir des observations du rapport isotopique δD (rapport HDO/H216O), à l’échelle globale et à haute résolution spatio-temporelle, pour autant que la restitution du rapport puisse être obtenue avec une précision suffisante.

Dans ce travail, nous présentons une méthodologie robuste et précise pour la restitution du profil de δD à partir des spectres IASI. Basée sur la méthode d’estimation optimale, elle consiste à appliquer des contraintes d’inversion adaptées afin d’obtenir des profils de δD fiables. Nous décrivons le choix de celles-ci et nous montrons que la méthode mise en place permet de fournir des profils de δD qui présentent un maximum de sensibilité dans la troposphère libre. L’adéquation de la méthode mise en place est ensuite évaluée grâce à une étude d’inter-comparaison avec des mesures dérivées de l’instrument spatial TES (Tropospheric Emission Spectrometer sur AURA) et FTIR localisés au sol. L’exactitude des profils IASI a aussi pu être déterminée grâce à des comparaisons avec des mesures in situ.

Dans une autre partie du travail, nous nous attachons à préciser les applications liées à l’utilisation des nouvelles mesures dans le domaine des géosciences. Nous documentons ainsi les capacités du sondeur IASI à fournir des mesures de δD à une résolution spatio-temporelle inégalée et décrivons les diverses distributions obtenues. Nous montrons et analysons notamment les premières cartes globales à haute résolution de δD dans la troposphère. Les mesures de δD et de l’humidité sont analysées conjointement à l’aide de modèles simples et permettent de démontrer la plus-value mesures de δD depuis les satellites. Parmi les résultats les plus significatifs, citons la mise en évidence de la signature isotopique des différentes sources de la vapeur d’eau (évaporation continentale/océanique), et celle de l’empreinte des différents processus hydrologiques qui contrôlent l’humidification de l’atmosphère (convection, mélange de masse d’air, ré-évaporation des gouttes de pluie).

Doctorat en Sciences
info:eu-repo/semantics/nonPublished

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Sivira, Ramses. "Exploitation des mesures "vapeur d'eau" du satellite Megha-Tropiques pour l'élaboration d'un algorithme de restitution de profils associés aux fonctions de densité de probabilité de l'erreur conditionnelle". Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01025685.

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Resumen

La place de la vapeur d'eau est centrale dans le système climatique : à l'échelle globale, elle participe à la redistribution de l'excédent d'énergie des régions tropicales vers les régions polaires via les grandes cellules de circulation, à méso-échelle elle participe au développement (maturation, dissipation) des systèmes nuageux, précipitants ou non, et à plus petite échelle, ce sont les lois de la thermodynamique humide qui régissent la microphysique de ces nuages. Finalement c'est le plus abondant des gaz à effet de serre qui est au centre d'une boucle de rétroaction fortement positive. La mission satellite Megha-Tropiques a été conçue pour améliorer la documentation du cycle de l'eau et de l'énergie des régions tropicales, via notamment trois instruments : deux radiomètres microondes MADRAS (un imageur) et SAPHIR (un sondeur) respectivement dédiés à l'observation des précipitations (liquides et glacées) et de l'humidité relative atmosphérique, et un radiomètre multi-spectral ScaRaB pour la mesure des flux radiatifs au sommet de l'atmosphère dans le bilan de l'eau et l'énergie de l'atmosphère tropicale et décrire l'évolution de ces systèmes. Les caractéristiques des instruments embarqués permettraient une résolution étendue autours de la raie à 183 GHz du spectre microonde, qui permet de sonder le contenu en vapeur d'eau même en présence des nuages convectifs. Afin de construire une base d'apprentissage où les valeurs d'entrée et sortie soient parfaitement colocalisées et qui, en même temps, soit représentative du problème à modéliser, une large base de radiosondages obtenus par ciel claire et couvrant la bande tropicale (±30° en latitude) sur la période 1990-2008 a été exploitée en parallèle à un modèle de transfert radiatif pour l'obtention des températures de brillance simulées des deux radiomètres. Nous avons mis au point une méthodologie qui nous a permis de développer un algorithme de restitution des profils de vapeur d'eau à partir des observations SAPHIR et MADRAS, et surtout de quantifier l'incertitude conditionnelle d'estimation. L'approche s'est orientée vers l'exploitation des méthodes purement statistiques de restitution des profils afin d'extraire le maximum d'information issues des observations, sans utiliser d'information complémentaire sur la structure thermodynamique de l'atmosphère ou des profils a priori, pour se concentrer sur les diverses restrictions du problème inverse. Trois modèles statistiques ont été optimisés sur ces données d'apprentissage pour l'estimation des profils sur 7 couches de la troposphère, un réseaux de neurones (modèle perceptron multicouches), le modèle additif généralisé et le modèle de machines à vecteur de support (Least Square-Support Vector Machines), et deux hypothèses de modélisation de la fonction de distribution de la probabilité (pdf) de l'erreur conditionnelle sur chacune des couches ont été testées, l'hypothèse Gaussienne (HG) et le mélange de deux distributions Gaussiennes (M2G). L'effort porté sur l'optimisation des modèles statistiques a permis de démontrer que les comportements des trois modèles d'estimation sont semblables, ce qui nous permet de dire que la restitution est indépendante de l'approche utilisée et qu'elle est directement reliée aux contraintes physiques du problème posé. Ainsi, le maximum de précision pour la restitution des profils verticaux d'humidité relative est obtenu aux couches situées dans la moyenne troposphère (biais maximum de 2,2% et coefficient de corrélation minimum de 0,87 pour l'erreur d'estimation) tandis que la précision se dégrade aux extrêmes de la troposphère (à la surface et proche de la tropopause, avec toutefois un biais maximale de 6,92% associé à une forte dispersion pour un coefficient de corrélation maximum de 0,58 pour l'erreur d'estimation), ce qui est expliqué par le contenu en information des mesures simulées utilisées. A partir de la densité de probabilité de l'erreur, connaissant les températures de brillance observées, des intervalles de confiance conditionnels de l'humidité de chacune de couches de l'atmosphère ont été estimés. Les algorithmes d'inversion développés ont été appliqués sur des données réelles issues de la campagne "vapeur d'eau" de validation Megha-Tropiques de l'été 2012 à Ouagadougou qui a permis d'obtenir des mesures par radiosondages coïncidentes avec les passages du satellite. Après prise en compte de l'angle de visée, des incertitudes liées à l'étalonnage de SAPHIR et des erreurs associées à la mesure in situ, l'exploitation de ces données a révélé un comportement semblable aux données de l'apprentissage, avec une bonne performance (biais de 4,55% et coefficient de corrélation de 0,874 sur l'erreur d'estimation) en moyenne troposphère et une dégradation aux extrêmes de la colonne atmosphérique (biais de -4,81% et coefficient de corrélation de 0,419). L'application systématique sur l'ensemble des mesures réalisées par SAPHIR permettra donc mener des études de la variabilité de la vapeur d'eau tropicale en tenant compte des intervalles de confiance associés à la restitution.

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Clus, Owen. "Condenseurs radiatifs de la vapeur d'eau atmosphérique (rosée) comme source alternative d'eau douce". Phd thesis, Université Pascal Paoli, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00320450.

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La vapeur d'eau atmosphérique est une ressource en eau sous exploitée. Les matériaux à forte émissivité infrarouge (rayonnement thermique) sont utilisés en climatisation passive de jour. De nuit, ils se refroidissent et sont une technologie bon marché, robuste et efficace pour condenser cette ressource renouvelable avec des rendements mesurés supérieurs à 0,6 L m-2 par nuit. L'enjeu de ces travaux de recherches était d'avancer la compréhension de ces systèmes, de mettre au point les outils et de développer les techniques permettant la réalisation de condenseurs de grandes dimensions.
Des matériaux (films polymères et peintures) originaux et innovants ont été développés pour ces applications : ils conjuguent une grande émissivité IR et un état de surface optimisé pour un coût inférieur à 1 € m-². Des simulations numériques CFD (Phoenics) ont été programmées dans le but d'optimiser la mise en œuvre des condenseurs de rosée sur des systèmes réels complexes et de grande superficie. De nouvelles méthodes d'estimation (mesure de volume ou estimation indirecte) de la ressource potentielle en eau de rosée sont discutées en fonction de l'influence des paramètres météorologiques pour les îles de Biševo (Croatie), Tahiti et Tikehau (P. Française) et les sites de Panandhro et Yellagiri Hills (Inde).
Enfin, deux systèmes réels novateurs ont été réalisés : une toiture pérenne de démonstration de
15,1 m² installée à Biševo (rendements moyens de 0,181 mm pour un maximum de 0,526 mm). Le second est la première usine à rosée, réalisée avec l'IIMA, dans l'état du Gujarat (Inde). La surface actuelle est de 850 m² et sera étendue à 15 000 m² pour produire jusqu'à 5 m3 d'eau pure par nuit.

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Chaboureau, Jean-Pierre. "Restitution de la structure verticale de la vapeur d'eau atmosphérique à l'échelle globale à partir d'observations satellitales : implications pour la sensibilité climatique". Palaiseau, Ecole polytechnique, 1997. http://www.theses.fr/1997EPXX0003.

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Ce travail porte sur la détermination de la structure tridimensionnelle de la vapeur d'eau atmosphérique a partir des données satellitales et de l'analyse de sa variabilité. Une première partie du travail consiste a l'amélioration de la qualité de l'interprétation de radiances mesurées par satellite, en mettant au point une méthode nouvelle, après avoir constaté l'incapacité des méthodes antérieures a donner des résultats satisfaisants. Les données du contenu de l'atmosphère en vapeur d'eau obtenues sont validées par comparaison avec d'autres moyens de mesure. Ces résultats permettent d'établir une climatologie pertinente de la structure verticale de la vapeur d'eau de l'atmosphère, sur une période d'environ trente mois. L'ensemble des données validées est utilisé pour aborder une première analyse globale de la distribution verticale du contenu en vapeur d'eau. Un indicateur de la dynamique verticale est circonscris. Il permet l'étude des influences relatives de la dynamique verticale et de la température de surface sur la distribution verticale de la vapeur d'eau

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Oudot, Charlotte. "Spectroscopie de la vapeur d'eau par Transformation de Fourier. Application aux régions d'intérêt atmosphérique". Thesis, Reims, 2011. http://www.theses.fr/2011REIMS035/document.

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Le travail présenté dans ce mémoire concerne le cadre global de la connaissance de notre atmosphère. L'exploitation des spectres atmosphériques requiert une bonne connaissance des paramètres de raies des molécules qui la composent. En particulier de la vapeur qui en est l'absorbant principal. Des spectres ont été enregistrés avec le spectromètre par transformation de Fourier construit au laboratoire et ceux ci ont été traités en ajustement multi-spectres avec le logiciel MultiFiT. Ce travail se focalise sur la mesure précise des intensités de raie dans deux régions spectrales. A 10 µm, région d'intérêt atmosphérique pour l'instrument IASI, deux études sur les intensités sont présentées. Pour l'isotopologue principal de 1200 à 1400 cm-1, 300 transitions ont pu être mesurées et comparées aux données de la littérature. Le but de ce travail était de déterminer la meilleure base de données pour l'exploitation des spectres IASI. De 1000 à 2300 cm-1, les isotopologues H218O et HD18O ont été étudié à partir de spectres enrichis en 18O. Ce travail a permis de mesurer et d'attribuer un ensemble de 2500 transitions. Enfin ce mémoire propose une révision complète des intensités de la région 1.25µm, qui présentent un important problème dans les bases de données. 39 spectres ont été enregistrés pour cette région avec des échantillons d'eau naturelle. Plus de 11000 transitions ont pu être mesurées et sont comparées aux données de la littérature. Une partie de ces intensités, publiées en 2010, a été exploité par L. Tallis de l'université de Reading. Enfin ce mémoire présente le début d'une exploitation des coefficients d'élargissement obtenus dans la région de 1.25µm
The work presented in this manuscript concern the knowledge of our atmosphere. In fact, the analysis of atmospheric spectra needs a good understanding of atmospheric molecular species. In particular the water vapor plays a special role as the first absorbent of earth's atmosphere. Spectra were recorded by Fourier transform spectrometer designed in the laboratory and lines parameters fitted with multi-spectra procedure named MultiFiT. The spectroscopic studies focus on lines intensity measurements for two different spectral ranges. The first presented is 10 µm, were two studies have been done. For the H216O isotopologue in the 1200 – 1400 cm-1 range, 300 transitions were measured and compared with literature data. The aim of this work was to determine the best spectroscopic database for IASI recording analysis. In 1000 to 2300 cm-1, H218O and HD18O isotopologue were measured with enriched 18O spectra. Over 2500 transitions were measured and assigned. Also this manuscript presents a huge work done in the 1.25µm region. This range appears in database with an important discrepancy for line intensities. 39 spectra were recorded with water vapor sample in natural abundance. Over 11000 transitions were measured and assigned, comparison to literature data are also presented. A part of this work were published in 2010 and used by L.Tallis, form University of Reading, for atmospheric application. At the end of this manuscript is presented the first comparisons with calculated data done for self broadening coefficients in the 1.25µm region

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Thao, Soulivanh. "Tendance et variabilité de la vapeur d'eau atmosphérique : un enjeu pour l'étude du niveau moyen océanique". Toulouse 3, 2014. http://thesesups.ups-tlse.fr/2561/.

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Resumen

La mesure du niveau de la mer par altimétrie satellitaire est perturbée par la présence de vapeur d'eau dans l'atmosphère. Un radiomètre micro-onde, sur les missions altimétriques, est chargé de corriger les mesures de ces perturbations. Les exigences quant à la qualité de cette correction, appelée correction troposphérique humide, sont particulièrement fortes pour l'étude des changements climatiques. Cette thèse a pour objet l'étude des corrections troposphériques humides utilisées dans le cadre des missions altimétriques Jason-1 et Envisat. L'objectif est de caractériser les incertitudes liées à la correction et d'identifier les potentielles anomalies présentes. L'étude faire ressortir une potentielle dérive dans l'étalonnage du radiomètre de la mission Jason-1 après 2008. Pour la mission Envisat, l'analyse met en avant des biais régionaux à l'approche des côtes. Ces derniers sont probablement liés au traitement de la donnée radiométrique
Measurements of the sea surface height are disturbed by the presence of water vapor in the atmosphere. A microwave radiometer, on altimetric missions, is used to correct the measurements from theses disturbances. Requirements on the quality of this correction, called the wet tropospheric correction, are stringent for the survey of climate changes. This thesis concerns the monitoring of the wet tropospheric correction used in the altimetry missions, Jason-1 and Envisat. The aim is to characterize uncertainties related to this correction and to identify potential anomalies. The analysis brings out a potential drift in the radiometer used on Jason-1, after 2008. For the Envisat missions, the presence of biases near coastlines suggests processing related issues

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Bouchtalla, Sahib. "Etude thermodynamique des clathrates hydratés d'hydrocarbures légers par mesure de tension de vapeur d'eau". Dijon, 1986. http://www.theses.fr/1986DIJOS039.

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Bouchtalla, Sahib. "Etude thermodynamique des clathrates hydrates d'hydrocarbures légers par mesure de tension de vapeur d'eau". Grenoble 2 : ANRT, 1986. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb375962827.

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Lambaerts, Julien. "Les effets dynamiques de l'humidité dans les modèles idéalisés de l'atmosphère de grande échelle". Paris 6, 2011. http://www.theses.fr/2011PA066514.

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Resumen

La vapeur d'eau joue un rôle important dans le climat, notamment par le dégagement de chaleur latente qu'elle produit lors de sa condensation. Cet effet intervient dans les phénomènes liés à la convection tropicale et accompagne les perturbations synoptiques des latitudes moyennes. Il est actuellement paramétrisé dans les modèles de circulation générale et son déclenchement introduit un effet de seuil non-linéaire dans les équations du système. Pour étudier l'impact de la condensation sur la dynamique atmosphérique de grande échelle, nous avons développé des modèles idéalisés de type St-Venant où le dégagement de chaleur est représenté par un flux de masse entre les couches qui conserve l'enthalpie humide et où la condensation est paramétrisée avec un schéma Betts-Miller simple. Ces modèles sont non-linéaires et agéostrophiques et correspondent dans certaines limites aux modèles d'études précédentes. La condensation modifie les propriétés des modèles de St-Venant secs qui, sous certaines conditions, sont des systèmes hyperboliques par partie présentant des vitesses caractéristiques humides plus lentes que les sèches et des solutions sous forme de fronts de précipitation. Nos modèles sont résolus numériquement à l'aide de schémas aux volumes finis permettant de mener des expériences non-linéaires de haute résolution. L'impact de l'humidité sur l'intégralité du développement des instabilités dynamiques barotrope et barocline a ainsi été étudié. La condensation augmente le taux de croissance de l'instabilité et intensifie les mouvements agéostrophiques et cycloniques de la couche humide. Et l'asymétrie cyclonique qu'elle provoque modifie la stabilistation de l'écoulement.

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Sainct, Florent. "Etude de la réactivité de décharges électriques nanoseconde à la pression atmosphérique dans la vapeur d'eau". Phd thesis, Ecole Centrale Paris, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01020267.

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Les décharges plasma dans la vapeur d'eau sont d'un grand intérêt pour de nombreuses applications potentielles, telles que le traitement biomédical, la production d'hydrogène ou la combustion assistée par plasma. Cette thèse propose une caractérisation expérimentale détaillée de l'effet thermique et chimique des décharges non-thermique nanosecondes répétitives pulsées (NRP) à la pression atmosphérique dans la vapeur d'eau pure. Un réacteur a été conçu pour fonctionner avec la vapeur d'eau préchauffée à 400-500 K. Les conditions opératoires retenues sont un débit de 300 g/h à 500 K et une décharge avec une énergie moyenne de 20 à 100 W, en régime Spark. Différents diagnostics ont été développés afin de déterminer les produits de cette décharge en termes d'espèces intermédiaires, de densité électronique et des produits stables. La concentration des produits de réaction stables (H2 et O2) et leurs débits respectifs ont été mesurés par chromatographie en phase gazeuse. Une valeur maximale de 0,85 g-H2/kWh a été obtenue. La densité électronique a été mesurée par spectroscopie d'émission optique (OES) résolue en temps grâce à l'élargissement par effet Stark des raies (H, H et O). La densité électronique maximale mesurée est 2X1018 cm-3 pendant l'impulsion. La température du gaz a été mesurée lors de la décharge de 20 ns par OES ainsi que entre deux décharges (100 us) par fluorescence induite par laser du radical OH (OH-PLIF) à deux couleurs. L'élévation maximale de la température est de 950 K après l'impulsion, et la température décroît ensuite de façon exponentielle avec un temps de décroissance caractéristique de 5 us. La densité relative du radical OH a été mesurée par OH-PLIF, révélant la durée de vie relativement longue de OH avec un temps de décroissance d'environ 50 us. En utilisant un modèle cinétique 0-D, la densité absolue OH à la fin de l'impulsion a été estimée à 400 plus ou moins 200 ppm. Les résultats obtenus ont permis d'éclairer les mécanismes sous-jacents à la génération de décharges NRP en régime Spark dans la vapeur d'eau pure à basse température.

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Sarkissian, Alain. "Fouilles Massives d'Archives Spectroscopiques : L'Observatoire Virtuel, de la Vapeur d'Eau Atmosphérique au Carbone dans les Astéroïdes". Habilitation à diriger des recherches, Université de Versailles-Saint Quentin en Yvelines, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00666080.

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C'est à l'intersection des domaines de recherches qu'il y a aujourd'hui le plus de chance de participer à une découverte majeure. Les domaines eux-même sont très bien couverts et c'est vrai qu'il faut parfois tant se spécialiser que les aspects marginaux nous échappent. Voila une motivation qui sort des motivations scientifiques actuelles telles que la compréhension de la destruction de l'ozone polaire, l'évolution de notre climat, ou la recherche d'une vie en dehors de notre planète. C'est pourtant également une motivation qui permet d'être simultanément sur plusieurs sujets brûlants du moment. Ainsi, mon travail passé, actuel et probablement futur sur les atmosphères et les climats de la Terre en particulier et en planétologie en général montrent bien le fil conducteur de mes recherches. La spectroscopie et la mod ́elisation radiative étaient mes outils qui jusqu'à présent marquaient les limites de ces recherches.

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Boniface, Karen. "Quantification de la vapeur d'eau atmosphérique par GPS et apport à la prévision des événements cévenols". Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00444081.

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La vapeur d'eau varie largement dans l'atmosphère avec des concentrations allant de la saturation dans les tropiques à des zones presque sèches au-dessus des zones continentales élevées. Une bonne connaissance du contenu en vapeur d'eau dans l'air est nécessaire pour la prévision des changements de phases, notamment les précipitations. La mesure de la variabilité de la vapeur d'eau est une lacune des systèmes d'observation. Par ailleurs, il est apparu que le positionnement précis des antennes GPS était affecté par la variation de l'indice de réfraction dans la troposphère, ce qui rend particulièrement difficile l'estimation de la composante verticale. Cette variation est directement liée à la distribution des variables pression, température et humidité sur les trajets satellite-récepteur. On s'intéresse ici à l'étude des précipitations intenses et notamment aux épisodes Cévenols. Ce travail de thèse consiste à vérifier la validité de la mesure GPS pour la quantification de la vapeur d'eau en la comparant avec des mesures issues de radiosondage et des sorties de modèle météorologique. On cherche à analyser si la quantification de vapeur d'eau par GPS permet de caractériser les forts événements précipitants (cumuls supérieurs à 150 mm) à l'aide d'observations conjointes sur les flux de surface. On étudie ensuite l'impact de l'assimilation de données GPS issues d'un réseau GPS dense sur la prévision des cumuls de pluies dans le modèle à hauterésolution (2.5 km) AROME de Météo France. Finalement on évalue la qualité et l'apport de la mesure de vapeur d'eau par GPS en mer dans le cadre d'une campagne de mesure VAPIMED).

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Boniface, Karen. "Quantification de la vapeur d'eau atmosphérique par GPS et apport à la prévision des événements cévenols". Phd thesis, Montpellier 2, 2009. http://www.theses.fr/2009MON20146.

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La vapeur d'eau varie largement dans l'atmosphère avec des concentrations allant de la saturation dans les tropiques à des zones presque sèches au-dessus des zones continentales élevées. Une bonne connaissance du contenu en vapeur d'eau dans l'air est nécessaire pour la prévision des changements de phases, notamment les précipitations. La mesure de la variabilité de la vapeur d'eau est une lacune des systèmes d'observation. Par ailleurs, il est apparu que le positionnement précis des antennes GPS (Global Positionning System) était affecté par la variation de l'indice de réfraction dans la troposphère, ce qui rend particulièrement difficile l'estimation de la composante verticale. Cette variation est directement liée à la distribution des variables pression, température et humidité sur les trajets satellite-récepteur. On s'intéresse ici à l'étude des précipitations intenses et notamment aux épisodes Cévenols. Ce travail de thèse consiste dans un premier temps à vérifier la validité de la mesure GPS pour la quantification de la vapeur d'eau en la comparant avec des mesures issues de radiosondage et des sorties de modèle météorologique. On cherche à analyser si la quantification de vapeur d'eau par GPS permet de caractériser les forts événements précipitants (cumuls supérieurs à 150 mm) à l'aide d'observations conjointes sur les flux de surface. On étudie ensuite l'impact de l'assimilation de données GPS issues d'un réseau GPS dense sur la prévision des cumuls de pluies dans le modèle à haute-résolution (2. 5 km) AROME. Finalement on évalue la qualité et l'apport de la mesure de vapeur d'eau par GPS en mer dans le cadre d'une campagne de mesure (VAPIMED)
Water vapour is highly variable in the atmosphere with concentration reaching saturation in the tropics and with dry areas over elevated continental region. Good knowledge of the amount of integrated water vapour in the air is necessary to predict phase changes and in particular precipitation. Water vapour variability measurement are still unsufficient with standard observing systems. Moreover accurate GPS (Global Positioning System) antenna positioning is affected by the refractivity index variation in the troposphere. Consequently, vertical positioning component estimation is difficult. This variation is directly linked to distribution of variables such as pressure, temperature and humidity along the path between satellite and receiver. Here we study more specifically heavy rains and notably Cevenols events. This thesis work consists first of all to check the GPS measurement validity to quantify water vapour in comparison with measurements from radiosounding and meteorological model outputs. One tries to analyse if water vapour quantification by GPS allowed to caracterise heavy rain events (cumulative rainfall amount greater than 150 mm) thanks to GPS observations and flux surface information. Then, we tested the GPS data (from a dense network) assimilation impact on cumulative precipitation forecasts using the high resoluted Meteo France AROME model (2. 5 km). Finally the quality and the contribution of GPS measurement on sea is evaluated for water vapour measurement. This study has been realised in the framework of VAPIMED experiment

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QUAGLIA, PHILIPPE. "Etude et realisation du lidar aeroporte leandre ii pour la mesure de la vapeur d'eau". Paris 6, 1995. http://www.theses.fr/1995PA066441.

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Ce travail presente l'etude theorique et la realisation du lidar aeroporte leandre ii pour la mesure de la vapeur d'eau a haute resolution spatiale et temporelle. Les objectifs de mesure concernent l'etude a meso-echelle de la distribution de la vapeur d'eau dans la basse troposphere. La realisation du systeme doit optimiser la mesure en prenant en compte la variabilite de la vapeur d'eau et les sources d'erreur liees aux systemes d'emission (laser) et de detection. L'etude detaillee du principe de la mesure lidar par absorption differentielle (dial) et des proprietes spectroscopiques des raies d'absorption et l'analyse des erreurs systematiques et statistiques sont developpees pour determiner les contraintes instrumentales. Quatre raies d'absorption sont selectionnees pour effectuer les mesures dans le domaine spectral de 730 nm impose par le choix du laser alexandrite. Une modelisation numerique de la mesure incluant les parametres atmospheriques et spectroscopiques ainsi que l'erreur statistique liee au bruit de detection est ensuite effectuee pour evaluer la precision de la mesure selon differentes configurations. Une fois les contraintes du systeme de mesure definies, la realisation du laser alexandrite bi-impulsion bi-longueur d'onde tenant compte des contraintes inherentes a l'utilisation aeroportee est presentee. Les caracteristiques spatiales et spectrales obtenues sont comparees aux valeurs requises. Des mesures en cuve d'absorption multi-passages permettent de verifier que les raies retenues sont bien isolees et que les caracteristiques du laser n'introduisent pas de biais sur la mesure. Les performances du lidar complet sont ensuite analysees en prenant en compte les limitations des detecteurs et du systeme d'analyse reels. Apres integration complete de l'instrument aeroporte, une campagne de validation a ete effectuee. Les mesures lidar sont en tres bon accord avec les mesures in-situ. L'analyse des resultats demontre que l'ensemble des performances obtenues repond aux objectifs scientifiques

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David, Leslie. "Couplage lidar Raman et GPS pour le sondage de la vapeur d'eau atmosphérique et le positionnement précis". Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066549/document.

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Resumen

Développé initialement pour la correction du retard humide des signaux GPS, le lidar Raman vapeur d’eau de l’Institut National de l’information Géographique et forestière (IGN) pourrait aujourd’hui servir pour d’autres applications telles que la climatologie et la météorologie. Cependant, quelle que soit l’application visée, il est primordial d’assurer une très bonne précision de la mesure. Un étalonnage fiable et stable de l’instrument est alors requis. Lors de la dernière campagne de mesures (Démévap) qui consistait à inter-comparer différentes techniques d’étalonnage, une dérive du coefficient d’étalonnage du lidar a été observée. Ce travail revient alors sur cette dérive et explore, dans un premier temps, les signaux enregistrés durant cette campagne. En découle alors un inventaire de sources d’erreurs et de variations pouvant expliquer ces résultats. Trois sources majeures de variations seront ensuite étudiées de manière approfondie : la dépendance en température des sections efficaces Raman induite par l’usage de filtres étroits, l’impact du choix des optiques de transmission et détection du signal et les problèmes liés à l’électronique de détection. À l’aide de simulations numériques, modélisations et tests en laboratoire, on s’est efforcés de mettre en évidence et de quantifier les variations. Des solutions permettant de minimiser ces instabilités ont aussi été proposées et testées. Finalement, le système lidar a été remonté entièrement et une campagne de validation des améliorations a été menée à Saint-Mandé. Sur une période de cinq mois, on a pu contrôler la stabilité instrumentale et étudier l’étalonnage du lidar à l’aide de capteurs d’humidité placés au sol
The IGN (Franch Mapping Institut) water vapor Raman lidar has been developed in order to correct the wet delay of GPS signals. Today, the goal is to open up to other applications such as meteorology and climatology. Regardless the applications, high accuracy is and will be completed with a reliable calibration of the instrument. The latest campaign, during which the IGN Raman was experimented, was Demevap. Several lidar calibration techniques were compared, and results showed a common drift all along the campaign. The work presented here starts with a detailed investigation of the Demavap absolute signals. This first step allowed listing different likely sources of errors and instabilities in the system which lead to fluctuations of the calibration coefficient. Among them, we chose to study thoroughly three subsystems which appear to have a major influence on the calibration coefficient variations: the temperature dependence of the Raman cross sections induced by the use of narrowband interference filters, the effect of the optical configuration of the detection part of the lidar and problems linked to the electronic part of the detection. We strive to highlight and quantify the variations by means of numerical simulations, models and laboratory experiments. Furthermore, we proposed theoretical, empirical and instrumental solutions for the mitigation of these variations. Eventually, long term calibration coefficient stability of the overall system will be assessed with regular water vapor profile recordings and calibration measurements spread over several months

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David, Leslie. "Couplage lidar Raman et GPS pour le sondage de la vapeur d'eau atmosphérique et le positionnement précis". Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066549.

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Développé initialement pour la correction du retard humide des signaux GPS, le lidar Raman vapeur d’eau de l’Institut National de l’information Géographique et forestière (IGN) pourrait aujourd’hui servir pour d’autres applications telles que la climatologie et la météorologie. Cependant, quelle que soit l’application visée, il est primordial d’assurer une très bonne précision de la mesure. Un étalonnage fiable et stable de l’instrument est alors requis. Lors de la dernière campagne de mesures (Démévap) qui consistait à inter-comparer différentes techniques d’étalonnage, une dérive du coefficient d’étalonnage du lidar a été observée. Ce travail revient alors sur cette dérive et explore, dans un premier temps, les signaux enregistrés durant cette campagne. En découle alors un inventaire de sources d’erreurs et de variations pouvant expliquer ces résultats. Trois sources majeures de variations seront ensuite étudiées de manière approfondie : la dépendance en température des sections efficaces Raman induite par l’usage de filtres étroits, l’impact du choix des optiques de transmission et détection du signal et les problèmes liés à l’électronique de détection. À l’aide de simulations numériques, modélisations et tests en laboratoire, on s’est efforcés de mettre en évidence et de quantifier les variations. Des solutions permettant de minimiser ces instabilités ont aussi été proposées et testées. Finalement, le système lidar a été remonté entièrement et une campagne de validation des améliorations a été menée à Saint-Mandé. Sur une période de cinq mois, on a pu contrôler la stabilité instrumentale et étudier l’étalonnage du lidar à l’aide de capteurs d’humidité placés au sol
The IGN (Franch Mapping Institut) water vapor Raman lidar has been developed in order to correct the wet delay of GPS signals. Today, the goal is to open up to other applications such as meteorology and climatology. Regardless the applications, high accuracy is and will be completed with a reliable calibration of the instrument. The latest campaign, during which the IGN Raman was experimented, was Demevap. Several lidar calibration techniques were compared, and results showed a common drift all along the campaign. The work presented here starts with a detailed investigation of the Demavap absolute signals. This first step allowed listing different likely sources of errors and instabilities in the system which lead to fluctuations of the calibration coefficient. Among them, we chose to study thoroughly three subsystems which appear to have a major influence on the calibration coefficient variations: the temperature dependence of the Raman cross sections induced by the use of narrowband interference filters, the effect of the optical configuration of the detection part of the lidar and problems linked to the electronic part of the detection. We strive to highlight and quantify the variations by means of numerical simulations, models and laboratory experiments. Furthermore, we proposed theoretical, empirical and instrumental solutions for the mitigation of these variations. Eventually, long term calibration coefficient stability of the overall system will be assessed with regular water vapor profile recordings and calibration measurements spread over several months

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Carvalho, Fred Calim. "Hydrocalc : calculateur temps réel de la lame d'eau par radar". Paris 11, 1986. http://www.theses.fr/1986PA112281.

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Ce travail comprend la réalisation d'un calculateur dont le but est l'estimation de la hauteur de précipitation au moyen des images provenant d'un radar météorologique. étant données les incertitudes de la mesure radar, celle-ci est ajustée dynamiquement au moyen de données pluviométriques. Ces dernières sont obtenues par un réseau de stations météorologiques automatiques, interrogées par ligne téléphonique commutée. Au point de vue matériel, le calculateur est constitue de plusieurs cartes, au format multibus, à base de microprocesseurs 16 bits - 8088 et 8087 -. Le logiciel est conçu autour du système d'exploitation temps réel irmx 86. Ce logiciel de base procure au calculateur les moyens nécessaires d'arbitrage du déroulement de taches dans le temps, ainsi que des mécanismes d'échange entre taches et des interfaces avec plusieurs périphériques. Cette réalisation répond aux besoins de l'utilisation hydrologique des images radar. Son intérêt est d'autant plus grand que les étendues a couvrir, dépourvues d'un réseau dense de pluviomètres, sont importantes

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Hadad, Dani. "Analyse de la vapeur d’eau atmosphérique et des processus dynamiques associés". Thesis, Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020), 2018. http://www.theses.fr/2018CLFAC038/document.

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Dans le contexte du réchauffement et du changement climatique, il est important d’étudier les distributions, les cycles saisonniers et les tendances des gaz à l’état de trace dans l’atmosphère tels que la vapeur d’eau. L'Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand a en charge plusieurs dispositifs d’observation dont le site instrumenté Cézeaux, Opme et Puy de Dôme (CO-PDD) situés dans le centre de la France (45◦ N, 3◦ E). Le site des Cézeaux dispose d’un LIDAR Rayleigh – Mie - Raman fournissant en routine des profils verticaux de vapeur d’eau et de paramètres optiques caractérisant les cirrus. Le site du puy de Dôme est équipé d’un spectroscope à cavité optique (CRDS-Picarro). Des mesures de colonnes totales de vapeur d’eau sont disponibles sur tous ces sites par GPS. Le site d’Opme est équipé d’un pluviomètre. Enfin Météo-France effectue le travail de contrôle qualité des données météorologiques sur les stations de mesure en France et ces données ont été utilisées dans cette thèse. La validation des données sur le site du puy de Dôme a été la première la première exploitation dans cette thèse. Des comparaisons des données sur le puy de Dôme ont montré un très bon accord entre les données de vapeur d’eau extraites de la station météorologique du puy de Dôme, de Météo France et les donnes CRDS du puy de Dôme, avec une corrélation de 0.94 et 0.98 respectivement. Les profils verticaux obtenus par LIDAR ont permis de sélectionner une anomalie de vapeur d’eau et d’identifier une intrusion stratosphère-troposphère en analysant les processus dynamique associés à cette anomalie. Les données OLR ont montré que cette intrusion est accompagnée de convection profonde et enfin LACYTRAJ confirme l'origine stratosphérique d’une partie de la masse d'air présente au-dessus de Clermont-Ferrand au cours de l’anomalie. Les longues séries d’observations (ex : Puy de Dôme 1995-2015) et des ré-analyse ECMWF ERA-Interim (1979-2017) et la diversité des sources de données (ex : satellites AIRS et COSMIC), nous permettent de documenter, analyser et comparer la variabilité, les cycles et la tendance de la vapeur d'eau à la surface et dans la troposphère, à différentes échelles de temps et déterminer les processus géophysiques responsables des distributions de vapeur d'eau sur le site CO-PDD. Le cycle annuel de la vapeur d'eau est clairement établi pour les deux sites de différentes altitudes et pour tous les types de mesure. Les sites de Cézeaux et du puy de Dôme ne présentent presque aucun cycle diurne, suggérant que la variabilité de la vapeur d'eau à la surface sur ces deux sites est plus influencée par les systèmes météorologique sporadiques que par les variations diurnes régulières. Les données LIDAR montrent une plus grande variabilité mensuelle de la distribution verticale que les produits satellites COSMIC et AIRS. La colonne totale de vapeur d'eau GPS sur le site des Cézeaux présente une tendance positive (0,42 ± 0,45 g/kg*décade entre 2006-2017). L'analyse par régressions multi-linéaires montre que les forçages continentaux (East Atlantic, East Atlantic-West Russia) ont une plus grande influence que le forçage océanique (Nord Atlantic Oscillation) sur les variations de vapeur d'eau
In the context of global warming and climate change, it is important to study the distributions, seasonal cycles and trends of trace gases in the atmosphere such as water vapor. of the Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand is in charge of several observation devices including the instrumented site Cézeaux, Opme and Puy de Dôme (CO-PDD) located near the center of France (45◦ N, 3◦ E). The site of Cézeaux is instrumented by a Rayleigh - Mie–LIDAR Raman providing routine vertical profiles of water vapor mixing ratio and optical parameters characterizing cirrus clouds. The puy de Dôme site is equipped with an optical cavity spectroscope (CRDS-Picarro). Measurements of total water vapor columns are available on all these sites by GPS. The Opme site is equipped with rain gauges. Finally, Météo-France performs the quality control work and of data on meteorological stations in France and these data were used in this thesis. The validation of the puy de Dôme data was the first the first task in this thesis. Comparisons between the puy de Dôme data sets showed a very good agreement between the water vapor datafrom the OPGC meteorological station of Puy de Dôme, Météo France and CRDS data with a correlation of 0.94 and 0.98 respectively. The vertical profiles deduced from the LIDAR allowed to identify a water vapor anomaly and a stratosphere-troposphere intrusion associated with this anomaly. OLR data showed that this intrusion could be linked with deep convection and LACYTRAJ confirms the stratospheric origin of a part of the air mass present above Clermont-Ferrand. Long series of observations (eg Puy de Dôme 1995-2015) and ECMWF ERA-Interim re-analysis (1979-2017) and the diversity of data sources (eg AIRS and COSMIC satellites), allowed us to document, analyze and compare the variability, cycles and trend of surface and tropospheric water vapor at different time scales and determine the geophysical processes responsible for water vapor distributions at the site of CO-PDD. The annual cycle of water vapor is clearly established for the two sites of different altitudes and for all types of measurement. Cézeaux and puy de Dôme present almost no diurnal cycle, suggesting that the variability of surface water vapor at this site is more influenced by a sporadic meteorological system than by regular diurnal variations. The LIDAR dataset shows a greater monthly variability of the vertical distribution than the COSMIC and AIRS satellite products. The Cézeaux site presents a positive trend for the GPS water vapor total column (0.42 ± 0.45 g/kg*decade during 2006–2017) and a significant negative trend for the surface water vapor mixing ratio (−0.16 ± 0.09 mm/decade during 2002–2017). The multi-linear regression analysis shows that continental forcings (East Atlantic Pattern and East Atlantic-West Russia Pattern) have a larger influence than oceanic forcing (North Atlantic Oscillation) on the water vapor variations

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Pouchet, Ivan. "Sondage atmosphérique par diode laser : application à la détection in situ de H2O, CH4 et CO2 dans la troposphère et la basse stratosphère". Paris 6, 2003. http://www.theses.fr/2003PA066265.

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Ngo, Ngoc Hoa. "Profil spectral des raies d’absorption de la vapeur d'eau pour l'étude de l'atmosphère de la terre par télédétection". Thesis, Paris Est, 2013. http://www.theses.fr/2013PEST1134.

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Le travail présenté dans ce mémoire de thèse est consacré aux études théorique et expérimentale du profil spectral des raies d'absorption de la vapeur d'eau, une espèce clé dans l'atmosphère de la Terre. Le but de ce travail est de proposer une approche générale permettant de modéliser précisément la forme des raies d'absorption de H2O.La première partie de cette thèse porte sur la mesure des paramètres spectroscopiques de H2O pur et de H2O dans l'air dans l'infrarouge proche en utilisant un système de diode laser à cavité externe et la technique de spectroscopie d'absorption directe. Différents modèles de profil spectral existants sont utilisés pour ajuster les spectres mesurés. Les résultats montrent que le profil de Voigt habituel mène à de larges différences avec les spectres mesurés et qu'il est nécessaire de prendre en compte à la fois les changements de vitesse et les dépendances en vitesse des paramètres collisionnels pour décrire correctement le profil spectral. Dans la deuxième partie, une nouvelle modélisation du profil spectral de H2O est proposée. Le modèle développé est basé sur des résultats obtenus à partir de simulations de dynamique moléculaire et de calculs semi-classiques. Ce modèle tient compte à la fois des effets de changements de vitesse dus aux collisions et des dépendances en vitesse des paramètres collisionnels. En particulier, nous avons montré qu'il est important, pour H2O, de prendre en compte la corrélation entre les changements de la vitesse et ceux de l'état interne. Le modèle proposé est en très bon accord avec des spectres de H2O (H2O/H2O, H2O/N2 et H2O/Air) mesurés par différentes techniques et pour de larges gammes de pression et domaine spectral. En raison de sa complexité et de son temps de calcul élevé, l'utilisation du nouveau modèle est difficile dans des applications pratiques telles que les calculs de transfert radiatif. Dans la troisième partie, ce nouveau modèle est donc utilisé comme une référence afin de tester les différentes approches simplifiées existantes. Les résultats montrent que le modèle pCqSDHC (partially-Correlated quadratique-Speed-Dependent Hard-Collision) est le plus adapté pour modéliser le profil spectral des raies isolées de H2O, mais aussi d'autres systèmes moléculaire. Il permet en effet un très bon compromis entre la précision et l'efficacité demandée dans des applications pratiques
This work is devoted to a theoretical and experimental study of the spectral shape of isolated transitions of water vapor, a key species of the Earth atmosphere. The purpose of these studies is to develop an accurate line-shape model taking into account different velocity effects affecting the spectral shape of H2O lines. In the first part of this thesis, spectroscopic line parameters of pure H2O and H2O diluted in air have been measured using an external cavity diode laser and a long-path absorption cell. Different existing line-shape models have been used to adjust the measurements. The results show that the widely-used Voigt profile leads to large differences with measured spectra and that it is necessary to take into account both the velocity changes and speed dependence effects to correctly model H2O line shapes. The second part of this work is devoted to the development of a new line-shape model, based on the results obtained from classical molecular dynamics simulations and semi-classical calculations. Both collision-induced velocity changes and speed dependence effects are taken into account by this model. Furthermore, we also show that the correlation between velocity changes and internal-state changes has to be accounted for to correctly describe H2O line shapes. Spectra of pure H2O, H2O in N2 and in air, calculated with the new model are in excellent agreement with those measured by different techniques and for large ranges of pressure and spectral domain. Its complexity and its large computational cost make the new model difficult to use for practical applications such as atmospheric radiative transfer. It is thus used, in the third part, as a “benchmark” in order to test different simplified line profiles and then to choose the proper one to fit measured spectra and to be used for atmospheric spectra prediction. The results show that the pCqSDHC (partially-Correlated quadratic-Speed-Dependent Hard-Collision) model is the most adapted to represent the line shape of H2O, but also of other molecules. This model offers a very good compromise between accuracy and computation efficiency and can be easily used in different practical applications

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Xu, Feng. "Diffusion d’un faisceau quelconque par un sphéroïde et mesure en ligne de la vapeur humide par l’extinction spectrale de la lumière". Rouen, 2007. http://www.theses.fr/2007ROUES005.

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Resumen

La théorie de Lorenz-Mie généralisée (TLMG) est développée pour la description de la diffusion d’un faisceau incident quelconque par un sphéroïde homogène. Les expressions analytiques d’amplitude des champs diffusés, des sections efficaces de diffusion, d’absorption, et d’extinction, de pression, de radiation sont obtenues et des calculs numériques sont présentés. Pour enlever la contrainte de la TLMG dans les calculs numériques pour un sphéroïde de grande taille, l’optique géométrique classique est étendue au cas d’un faisceau gaussien diffusé par un sphéroïde. En ce qui concerne l’expérience, un système optique sur la base de l’extinction spectrale de la lumière est développé et appliqué à la mesure de vapeur humide dans une turbine à EDF. L’influence de la diffusion multiple sur le spectre d’extinction et celle de la diffusion des particules situées dans le bord de zone de la mesure sont analysées en utilisant le modèle de Monte Carlo
The generalized Lorenz-Mie (GLMT) is developed to describe the interaction between an arbitrary shaped beam and a homogeneous spheroid. Analytical expressions of the amplitudes of the scattering fields, absorption and extinction crosssections, and the radiation pressure are obtained. The numerical results are also presented. To overcome the drawback of the GLMT in numerical calculation for a large spheroid, the classical geometrical optics is extended to the case of Gaussian beam scattering by a spheroid. In experimental aspect, an optical system on the basis of the spectral light extinction method is developed and used for wet steam measurement in EDF. The influences of the scattering by the particles in the edge measurement zone and of the multiple scattering on the extinction spectrum are analyzed by using the Monte Carlo method

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Bernardes, Parracho Ana Claudia. "Etude de la tendance et de la variabilité de la vapeur d'eau atmosphérique à l'aide de modèles de climat et d'observations du réseau GNSS mondial". Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066524/document.

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Resumen

La vapeur d'eau est une composante clé du système climatique. Sa distribution et sa variabilité sont des sources d'incertitude dans les modèles climatiques. L'utilisation d'observations et des réanalyses des Contenus Intégrés en Vapeur d'Eau (CIVE) peut faciliter leur évaluation. Dans ce travail, des données CIVE-GPS retraitées du réseau mondial ont été utilisées pour la période 1995-2010. Afin d'évaluer les incertitudes et les inhomogénéités dans les séries GPS, une comparaison globale avec les données de réanalyse ERA-Interim a été faite. Un bon accord général a été trouvé sur les moyennes, la variabilité et les tendances ait été trouvé. Des interruptions et inhomogénéités ont été constatées dans les séries GPS, ainsi que les problèmes de représentativité dans les zones côtières et de topographie complexe. Dans ERA-Interim, des tendances trop fortes ont été constatées dans certaines régions. ERA-Interim a aussi été comparé avec d'autres réanalyses (MERRA-2, ERA-20C, 20CR), et des différences ont été trouvées dans les tendances de les CIVE sur l'Afrique, l'Australie et l'Antarctique. Enfin, les jeux de données CIVE-GPS et CIVE-ERA-Interim ont été utilisés pour évaluer quatre configurations du modèle de circulation générale atmosphérique LMDZ avec deux physiques, libres et guidées avec les vents d'ERA-Interim. Il a été trouvé que la nouvelle physique est plus humide aux latitudes tropicales. Sans guidage, pour les deux physiques, le modèle présente des difficultés à reproduire les tendances et la variabilité obtenues par GPS et par ERA-Interim. Cela confirme l'importance de la dynamique à grande échelle pour les tendances et la variabilité des CIVE
Water vapour is a key component of the Earth’s climate system, and its distribution and variability are sources of uncertainty in climate models. The use of long-term integrated water vapour (IWV) observations and reanalyses can help in their assessment. This work pioneered the use of reprocessed GPS IWV data for 1995-2010, converted from estimates of Zenith Total Delay. The conversion was assessed, with the goal of producing a high quality long-term IWV data set. Due to uncertainties in the GPS observations and homogeneity concerns, a global comparison with ERA-Interim reanalysis data was made. Although a general good agreement in means, variability and trends was found, issues in both data sets were highlighted. In GPS, gaps and inhomogeneities in the time series were evidenced, as well as representativeness differences in coastal areas and regions of complex topography. In ERA-Interim, too strong trends in certain regions were found. ERA-Interim was also compared with other reanalyses (MERRA-2, ERA-20C, 20CR), and differences were found in the IWV trends over Africa, Australia, and Antarctica. Finally, GPS and ERA-Interim IWV were used to assess four configurations of the LMDZ atmospheric general circulation model with two different physics and with or without nudging towards ERA-Interim wind fields. Impact of the model physics on the IWV mean was found, with the new physics being moister at tropical latitudes. Overall, the model free runs in both physics have difficulty reproducing the trends and variability observed in ERA-Interim and GPS. This is improved with the nudging, which confirms the importance of large-scale dynamics on IWV trends and variability

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Bernardes, Parracho Ana Claudia. "Etude de la tendance et de la variabilité de la vapeur d'eau atmosphérique à l'aide de modèles de climat et d'observations du réseau GNSS mondial". Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066524.

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La vapeur d'eau est une composante clé du système climatique. Sa distribution et sa variabilité sont des sources d'incertitude dans les modèles climatiques. L'utilisation d'observations et des réanalyses des Contenus Intégrés en Vapeur d'Eau (CIVE) peut faciliter leur évaluation. Dans ce travail, des données CIVE-GPS retraitées du réseau mondial ont été utilisées pour la période 1995-2010. Afin d'évaluer les incertitudes et les inhomogénéités dans les séries GPS, une comparaison globale avec les données de réanalyse ERA-Interim a été faite. Un bon accord général a été trouvé sur les moyennes, la variabilité et les tendances ait été trouvé. Des interruptions et inhomogénéités ont été constatées dans les séries GPS, ainsi que les problèmes de représentativité dans les zones côtières et de topographie complexe. Dans ERA-Interim, des tendances trop fortes ont été constatées dans certaines régions. ERA-Interim a aussi été comparé avec d'autres réanalyses (MERRA-2, ERA-20C, 20CR), et des différences ont été trouvées dans les tendances de les CIVE sur l'Afrique, l'Australie et l'Antarctique. Enfin, les jeux de données CIVE-GPS et CIVE-ERA-Interim ont été utilisés pour évaluer quatre configurations du modèle de circulation générale atmosphérique LMDZ avec deux physiques, libres et guidées avec les vents d'ERA-Interim. Il a été trouvé que la nouvelle physique est plus humide aux latitudes tropicales. Sans guidage, pour les deux physiques, le modèle présente des difficultés à reproduire les tendances et la variabilité obtenues par GPS et par ERA-Interim. Cela confirme l'importance de la dynamique à grande échelle pour les tendances et la variabilité des CIVE
Water vapour is a key component of the Earth’s climate system, and its distribution and variability are sources of uncertainty in climate models. The use of long-term integrated water vapour (IWV) observations and reanalyses can help in their assessment. This work pioneered the use of reprocessed GPS IWV data for 1995-2010, converted from estimates of Zenith Total Delay. The conversion was assessed, with the goal of producing a high quality long-term IWV data set. Due to uncertainties in the GPS observations and homogeneity concerns, a global comparison with ERA-Interim reanalysis data was made. Although a general good agreement in means, variability and trends was found, issues in both data sets were highlighted. In GPS, gaps and inhomogeneities in the time series were evidenced, as well as representativeness differences in coastal areas and regions of complex topography. In ERA-Interim, too strong trends in certain regions were found. ERA-Interim was also compared with other reanalyses (MERRA-2, ERA-20C, 20CR), and differences were found in the IWV trends over Africa, Australia, and Antarctica. Finally, GPS and ERA-Interim IWV were used to assess four configurations of the LMDZ atmospheric general circulation model with two different physics and with or without nudging towards ERA-Interim wind fields. Impact of the model physics on the IWV mean was found, with the new physics being moister at tropical latitudes. Overall, the model free runs in both physics have difficulty reproducing the trends and variability observed in ERA-Interim and GPS. This is improved with the nudging, which confirms the importance of large-scale dynamics on IWV trends and variability

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Lees, Édouard. "Étude de la vapeur d’eau atmosphérique à partir de données GNSS dans le bassin sud-ouest de l’océan Indien et applications à l’étude du climat et des cyclones tropicaux". Thesis, La Réunion, 2020. http://www.theses.fr/2020LARE0037.

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Les stations GNSS terrestres, du fait de leur précision et de leur faible coût, restent à ce jour le principal moyen d'observation de la vapeur d'eau à toutes les échelles spatio-temporelles. Ce gaz à effet de serre, qui module de manière importante la convection profonde dans les régions tropicales, est à l'origine de phénomènes extrêmes tels que sécheresses, inondations et cyclones tropicaux, auxquels le bassin sud de l'océan Indien est particulièrement vulnérable. Ce mémoire porte sur l'exploitation de mesures de vapeur d'eau par GNSS collectées dans l'océan Indien par un ensemble de stations du réseau mondial IGS et du réseau IOGA4MET, récemment déployé dans le cadre du programme de recherche ReNovRisk-Cyclones et Changement Climatique. La première partie de cette thèse rappelle la méthode de calcul de la colonne intégrée en vapeur d’eau par GNSS et présente une intercomparaison entre les mesures obtenues par les stations du réseau IGS et divers autres capteurs (satellites micro-ondes, radiosondages) disponibles dans le bassin sud de l’océan Indien. Ces mesures sont ensuite utilisées dans un second temps pour étudier la variabilité de la vapeur d'eau à différentes échelles spatio-temporelles. Les résultats obtenus montrent que la variabilité annuelle est très variable à l'échelle régionale et d'autant plus forte à mesure que l'on s'éloigne de l'équateur. À plus petite échelle, le cycle diurne de la vapeur d’eau apparaît fortement piloté par les interactions entre la dynamique atmosphérique de grande échelle et les circulations locales, notamment dans le cas d’îles tropicales telles que Madagascar et La Réunion
Due to their accuracy and low cost, ground-based GNSS station remain to date the main means of observing water vapour at all space-time scales. This greenhouse gas significantly modulates deep convection in tropical regions. It leads to extreme phenomena such as droughts, floods and tropical cyclones, to which the southern Indian Ocean basin is particularly vulnerable. This thesis deals with the exploitation of GNSS water vapour measurements collected in the Indian Ocean by a set of stations of the IGS global network and the IOGA4MET network. The later has been recently deployed in the framework of the ReNovRisk-Cyclones and Climate Change research programme. The first part of this thesis recalls the calculation method of the integrated water vapour column by GNSS and presents an intercomparison between the measurements obtained by the IGS network stations and various other sensors (microwave satellites, radiosondes) available in the southern Indian Ocean basin. These measurements are then used in a second step to study the variability of water vapour at different space-time scales. The results obtained show that the annual variability is highly variable on a regional scale and even stronger the further away from the equator. On a smaller scale, the diurnal water vapour cycle appears to be strongly driven by interactions between large-scale atmospheric dynamics and local circulations. This is particularly the case for tropical islands such as Madagascar and Reunion

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Bounaix, Fabrice. "Etude et réalisation d'un spectromètre haute sensibilité à diode laser pour la mesure de traces de gaz : application à la détection de la vapeur d'eau". Grenoble 1, 1993. http://www.theses.fr/1993GRE10018.

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Le suivi des processus industriels, le controle des teneurs en gaz a caractere polluant dans l'atmosphere et l'etude des reactions chimiques requierent des instruments capables de detecter de tres faibles teneurs. La spectrometrie d'absorption infrarouge a diode laser apporte une solution a ce probleme en permettant des sensibilites importantes et des temps de reponse de l'ordre de la minute. Ce memoire presente l'etude et la realisation d'un tel spectrometre pour la detection de faibles teneurs en vapeur d'eau. Celui-ci se caracterise par une source laser a semiconducteur du type ingaasp ayant une longueur d'onde d'emission egale a 1,37 micrometre, par l'utilisation d'une cellule multipassage du type herriot ayant une longueur totale de passage d'une vingtaine de metres, enfin par un faible encombrement. Le signal d'absorption est obtenu par un balayage rapide en longueur d'onde, realise en modulant le courant de diode. Une double voie, mesure et reference, permet de s'affranchir de la vapeur d'eau residuelle dans la tete de detection. Le faible signal d'absorption est converti apres amplification en un signal numerique puis moyenne sur plusieurs passages dans le but d'ameliorer le rapport signal sur bruit. Le mode principal de la diode est centre sur la bande d'absorption situee a 1,4 micrometre correspondant a une transition vibrationnelle harmonique. Avec un tel dispositif nous avons montre qu'il etait possible de detecter des concentrations de vapeur d'eau de l'ordre de 100 ppb, avec un signal sur bruit de 10. La sensibilite est essentiellement limitee par des interferences parasites et par l'utilisation d'une diode multimodes. L'emploi d'une source laser monomode (diode dfr ou diode a cavite externe) devrait permettre la mesure de teneur en h#2o inferieures a 10 ppb. Cette technique peut etre etendue a la detection de petites molecules possedant des liaisons x-h (x=c, n, o. . . )

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Guilpart, Etienne. "Etude de la composition isotopique (deutérium et oxygène 18) de la vapeur d'eau dans l'atmosphère sur l'île de La Réunion : apport à la compréhension des processus humides atmosphériques en région tropicale". Electronic Thesis or Diss., Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLV002.

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La composition isotopique de l’eau (dO18 et dD) est couramment utilisée pour étudier le cycle de l’eau actuel et passé ainsi que ses variations. Alors que dans les zones polaires, cet outil géochimique représente les fondements de la reconstitution des climats polaires passés, de multiples questions demeurent quant aux facteurs pilotant la composition isotopique de l’eau dans les tropiques.Afin de répondre à ces questions, le présent travail de thèse a porté sur la réalisation de mesures en continu de la composition isotopique de la vapeur d’eau sur l’île de La Réunion (océan Indien), ainsi que sur l’évaluation du potentiel de ces mesures pour la compréhension des processus atmosphériques humides prévalant sur cette zone géographique. L’implantation d’un spectromètre laser à l’Observatoire Atmosphérique du Maïdo nous a permis d’obtenir une chronique de trois ans de mesures.Dans un premier temps, les différentes variabilités temporelles que présentent nos mesures ont été étudiées. Les enregistrements ne montrent aucune cyclicité saisonnière sur la composition isotopique de la vapeur d’eau. Elles indiquent en revanche une forte cyclicité diurne, ainsi qu’une variabilité synoptique associée à des évènements cycloniques.Dans un second temps, nous montrons que cette cyclicité diurne résulte de phénomènes de mouvement de couche limite atmosphérique, avec une vapeur marine qui atteint l’Observatoire durant la journée, alors que des masses d’air en provenance de la troposphère libre y parviennent durant la nuit. La présence de certaines nuits significativement plus appauvries en dO18 et dD reflète (1) une modification de la circulation atmosphérique régionale avec un renforcement des subsidences au niveau de La Réunion, lié à la position du Jet Subtropical durant l’hiver austral, et (2) tantôt une intensification de la subsidence au niveau de La Réunion, tantôt des processus de condensation locaux ou régionaux durant l’été austral.Enfin, l’étude des phénomènes cycloniques indique qu’au cours de ces périodes, un fort appauvrissement de la composition isotopique de la vapeur est observé. Celui-ci survient 2 à 3 jours avant et perdure jusqu’à 3 jours après le passage du système. Durant cette période, l’évolution de la composition isotopique de la vapeur d’eau présente une sous-structure. On note (1) un appauvrissement isotopique qui est fonction de la distance au centre du système, (2) un enrichissement isotopique au niveau du mur du système, et (3) des évolutions abruptes de la composition isotopique de la vapeur d’eau dans les bandes précipitantes dues à des processus de mélange, de condensation et/ou de recharge
The isotopic composition of water vapor (dO18 and dD) is commonly used to study present and past water cycle and its varations. If this geochemical tool has been widely used to study past polar climates, many questions remain about the factors governing the isotopic composition of water in the tropics.The goal of this thesis is (1) to monitor the isotopic composition of water vapor in Reunion island (Indian Ocean), and (2) to evaluate the potential of theses measurements for understanding humid climate processes. We have set up a laser spectrometer at the Maïdo Atmospheric Observatory, allowing us to obtain a three-year chronicle of measurements.First, we analyze the temporal variability in our measurements. The isotopic composition of water vapor does not record any seasonal cyclicity. On the other hand, a strong diurnal cycle is visible, as well as a synoptic variability associated with cyclonic events.We then focus on the diurnal cycle. We show that it results from atmospheric boundary layer motions, with a marine vapor reaching the Observatory during the day, and air masses originating from the free troposphere reaching the Observatory during the night. During some nights, vapor is significantly more depleted in dO18 and dD. During the austral winter, this phenomenon is due to a modification of the regional atmospheric circulation causing a reinforcement of subsidences at Reunion Island, related to the position of the Subtropical Jet. During the austral summer, this phenomenon is sometimes due to an intensification of the subsidence at Reunion Island, and at other times to local or regional condensation processes.Finally, we focus on cyclonic events. During these periods, a strong isotopic depletion of the vapor is observed. We show that this depletion occurs 2 to 3 days before the system and continues until 3 days after. During this period, the evolution of the isotopic composition of the water vapor has a substructure. We note (1) an isotopic depletion that is a function of the distance to the center of the system, (2) an isotopic enrichment at the system wall, and (3) an abrupt evolutions of the isotopic composition of the water vapor in the rainbands due to mixing, condensation and/or recycling processes

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Djouima, Ghimouz Nassima. "Influence de l'oxygène et de la vapeur d'eau sur la corrosion atmosphérique du cuivre et de l'argent en présence de sulfure d'hydrogène : étude de l'effet inhibiteur du benzotriazole en phase vapeur sur la sulfuration des deux métaux". Paris 6, 1986. http://www.theses.fr/1986PA066465.

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Cette étude montre l'influence des pressions partielles de vapeur d'eau et d'oxygène sur la vitesse et les produits formes lors de la sulfuration du cuivre et de l'argent dans un mélange gazeux contenant du sulfure d'hydrogène. On étudie egalement l'effet inhibiteur des vapeurs ou des solutions organiques de benzotriazole dans le cas du cuivre. Dans le cas de l'argent aucun effet inhibiteur du benzotriazole n'est obtenu.

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Kane, Didier. "Mise au point d'une méthode non-destructive de mesure de mesure de la teneur en vapeur d'eau d'un boîtier hermétique, à cavité, de composant électronique par capteur hygrométrique in-situ à conductivité de surface". Lyon, INSA, 1985. http://www.theses.fr/1985ISAL0019.

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Cette thèse a pour but de démontrer qu'un capteur inter-digité à conductivité de surface peut permettre la mesure en absolu de la teneur en vapeur d'eau d'un boîtier hermétique de composant électronique. On trouvera tout d'abord, outre certains rappels et une rapide présentation des autres méthodes de mesure, la description détaillée du nouveau banc de test que nous avons mis au point (qui permet de travailler, soit sous vide, pour effectuer des mesures sur des positifs hermétiquement encapsulés, soit en atmosphère humide contrôlée, pour les études physiques et les calibrations sur boîtiers ouverts), puis de son automatisation. Ensuite, sera proposée une interprétation de la courbe de réponse d'un tel capteur (polarisé en continu) , qui correspond à l'évolution de son courant de fuite interélectrodes en fonction de la température lors du refroidissement du boîtier. Cette interprétation est basée sur l'étude des phénomènes d'adsorption, de changements de phase, d'électrolyse, et des réactions électrochimiques. La clarification de la position sur cette courbe de la température de rosée/gel permet la détermination directe de la teneur en eau. En vue de l'optimisation future du capteur, des essais spécifiques permettent alors de proposer des hypothèses sur certains phénomènes physiques pouvant influer sur sa précision ou sur sa durée de vie. Enfin, on y trouvera une approche de la limite de sensibilité d'un tel capteur, basée sur l'étude des changements de phase des molécules d'eau physisorbées dans les micro-porosités de l'oxyde

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Le, Barbu Thibault. "Spectrométrie infrarouge atmosphérique : Applications à la mesure in situ par diodes laser de H2O, CO2 et leurs isotopes dans la basse atmosphère de mars (TDLAS) et à la mesure du CO2 terrestre par le spectromètre à réseau SOIR". Reims, 2006. http://theses.univ-reims.fr/exl-doc/GED00000346.pdf.

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Les travaux présentés dans ce manuscrit portent sur la spectrométrie infrarouge et sur les développements et tests effectués pour deux instruments pouvant être utilisés pour des applications atmosphériques. La première partie présente d'abord une chronologie de l'exploration spatiale de la planète Mars d'un point de vue de la recherche de l'eau ainsi que les caractéristiques environnementales de la planète et présente ensuite les développements autour d'un spectromètre à diodes laser accordables (TDLAS) adapté à l'étude in situ de l'atmosphère de Mars, en particulier, des flux de vapeur d'eau au niveau du sol. La deuxième partie traite des études spectroscopiques qui ont été faites en laboratoire avec les diodes laser émettant à 1877nm, 2042nm et 2640nm pouvant être utilisées par TDLAS. Les paramètres spectroscopiques des molécules d'intérêts à ces longueurs d'onde ont été déterminés et pourront être utilisés pour l'exploitation des spectres mesurés in situ. La troisième partie porte sur un spectromètre à réseau et filtre acousto-optique pouvant être utilisé pour la mesure du dioxyde de carbone dans l'atmosphère de la Terre par occultation solaire. Le CO2 est l'un des principaux gaz à effet de serre. Une connaissance des sources et des puits de CO2 est primordiale pour évaluer l'impact de son augmentation de concentration sur l'évolution future du climat. Un instrument compact comme SOIR serait très utile pour compléter le réseau actuel de stations de mesure du CO2. Les premières mesures solaires sont présentées ainsi que les modifications apportées à l'instrument et les premiers tests de calibration
This thesis work presents infrared spectrometry and the tests and developments made for two instruments of atmospheric usage. The first part shows a chronology of the Martian space exploration, on the point of view of the search for water, and the characteristics of the planet. It is followed by a description of the developments made for a tunable diode laser spectrometer (TDLAS) suited for the in situ monitoring of the Martian atmosphere, in particular, water fluxes. Water is essential to life as we know it on earth and it is important to understand its cycle on all aspects, in particular the surface atmosphere coupling. The second part deals with the spectroscopic studies carried in the laboratory with the laser diodes emitting at 1877nm, 2042nm and 2640nm which can be used by TDLAS. The spectroscopic parameters of the molecules of interests at those wavelengths were measured and will be used for the processing of the in-situ spectra. The third part concerns a grating spectrometer with acousto-optic filter (AOTF) which can be used for the measurement of carbon dioxide in the earth atmosphere by solar occultation. CO2 is one of the major greenhouse gases. A good knowledge of sources and sinks of CO2 is very important to evaluate the impact of its increasing concentration on the evolution of the climate. A compact instrument such as SOIR could be very useful to complete the actual network of measurement. The first solar measurements, the mechanical adjustments and the first calibration tests are presented

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DELMONTE, STEPHANE. "Etude d'une source lidar emettant a 2 microns pour la mesure simultanee de vapeur d'eau et de vent dans la basse troposphere a partir d'une plateforme spatiale". Paris 6, 1997. http://www.theses.fr/1997PA066298.

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L'amelioration des previsions meteorologiques necessite une connaissance precise des profils de vent et des contenus de vapeur d'eau dans l'atmosphere. A cette fin, plusieurs projets de lidars embarques sur satellites sont a l'etude dans les differentes agences spatiales. Ce travail est consacre au dimensionnement de la source laser d'un lidar coherent emettant a 2 m. Cette source permettra la mesure simultanee de vapeur d'eau et de vent dans la basse troposphere, depuis l'espace. Une pre-etude de faisabilite definit les contraintes energetiques du laser (2 a 5 joules), ainsi que les principales caracteristiques temporelles et spectrales de l'emission. Compte-tenu des contraintes de spatialisation qui imposent le choix d'une technologie tout solide, deux materiaux - le tm:ho:yag et le tm:ho:ylf - adaptes au pompage par diodes, ont ete pre-selectionnes. Nous avons developpe un modele numerique decrivant le fonctionnement des sources laser utilisant ces materiaux, en nous appuyant sur les resultats d'un ensemble d'experiences de caracterisation effectuees en laboratoire. Ce modele a ensuite ete exploite pour concevoir et dimensionner une source laser capable d'emettre l'energie requise. Les meilleurs resultats sont obtenus avec le tm:ho:ylf et une emission a deux impulsions laser par impulsion de pompage. Differentes options sont proposees, qui mettent en uvre un oscillateur et une chaine de 3 amplificateurs pour le niveau 2 joules et 4 amplificateurs pour le niveau 5 joules. Le rendement energetique global approche les 5%. Nous avons, par ailleurs, effectue une premiere etape dans la maitrise des caracteristiques spatiales et spectrales en realisant un oscillateur monomode de faible energie (10 mj) adapte a la mesure du vent par lidar doppler.

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Guilpart, Etienne. "Etude de la composition isotopique (deutérium et oxygène 18) de la vapeur d'eau dans l'atmosphère sur l'île de La Réunion : apport à la compréhension des processus humides atmosphériques en région tropicale". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLV002/document.

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La composition isotopique de l’eau (dO18 et dD) est couramment utilisée pour étudier le cycle de l’eau actuel et passé ainsi que ses variations. Alors que dans les zones polaires, cet outil géochimique représente les fondements de la reconstitution des climats polaires passés, de multiples questions demeurent quant aux facteurs pilotant la composition isotopique de l’eau dans les tropiques.Afin de répondre à ces questions, le présent travail de thèse a porté sur la réalisation de mesures en continu de la composition isotopique de la vapeur d’eau sur l’île de La Réunion (océan Indien), ainsi que sur l’évaluation du potentiel de ces mesures pour la compréhension des processus atmosphériques humides prévalant sur cette zone géographique. L’implantation d’un spectromètre laser à l’Observatoire Atmosphérique du Maïdo nous a permis d’obtenir une chronique de trois ans de mesures.Dans un premier temps, les différentes variabilités temporelles que présentent nos mesures ont été étudiées. Les enregistrements ne montrent aucune cyclicité saisonnière sur la composition isotopique de la vapeur d’eau. Elles indiquent en revanche une forte cyclicité diurne, ainsi qu’une variabilité synoptique associée à des évènements cycloniques.Dans un second temps, nous montrons que cette cyclicité diurne résulte de phénomènes de mouvement de couche limite atmosphérique, avec une vapeur marine qui atteint l’Observatoire durant la journée, alors que des masses d’air en provenance de la troposphère libre y parviennent durant la nuit. La présence de certaines nuits significativement plus appauvries en dO18 et dD reflète (1) une modification de la circulation atmosphérique régionale avec un renforcement des subsidences au niveau de La Réunion, lié à la position du Jet Subtropical durant l’hiver austral, et (2) tantôt une intensification de la subsidence au niveau de La Réunion, tantôt des processus de condensation locaux ou régionaux durant l’été austral.Enfin, l’étude des phénomènes cycloniques indique qu’au cours de ces périodes, un fort appauvrissement de la composition isotopique de la vapeur est observé. Celui-ci survient 2 à 3 jours avant et perdure jusqu’à 3 jours après le passage du système. Durant cette période, l’évolution de la composition isotopique de la vapeur d’eau présente une sous-structure. On note (1) un appauvrissement isotopique qui est fonction de la distance au centre du système, (2) un enrichissement isotopique au niveau du mur du système, et (3) des évolutions abruptes de la composition isotopique de la vapeur d’eau dans les bandes précipitantes dues à des processus de mélange, de condensation et/ou de recharge
The isotopic composition of water vapor (dO18 and dD) is commonly used to study present and past water cycle and its varations. If this geochemical tool has been widely used to study past polar climates, many questions remain about the factors governing the isotopic composition of water in the tropics.The goal of this thesis is (1) to monitor the isotopic composition of water vapor in Reunion island (Indian Ocean), and (2) to evaluate the potential of theses measurements for understanding humid climate processes. We have set up a laser spectrometer at the Maïdo Atmospheric Observatory, allowing us to obtain a three-year chronicle of measurements.First, we analyze the temporal variability in our measurements. The isotopic composition of water vapor does not record any seasonal cyclicity. On the other hand, a strong diurnal cycle is visible, as well as a synoptic variability associated with cyclonic events.We then focus on the diurnal cycle. We show that it results from atmospheric boundary layer motions, with a marine vapor reaching the Observatory during the day, and air masses originating from the free troposphere reaching the Observatory during the night. During some nights, vapor is significantly more depleted in dO18 and dD. During the austral winter, this phenomenon is due to a modification of the regional atmospheric circulation causing a reinforcement of subsidences at Reunion Island, related to the position of the Subtropical Jet. During the austral summer, this phenomenon is sometimes due to an intensification of the subsidence at Reunion Island, and at other times to local or regional condensation processes.Finally, we focus on cyclonic events. During these periods, a strong isotopic depletion of the vapor is observed. We show that this depletion occurs 2 to 3 days before the system and continues until 3 days after. During this period, the evolution of the isotopic composition of the water vapor has a substructure. We note (1) an isotopic depletion that is a function of the distance to the center of the system, (2) an isotopic enrichment at the system wall, and (3) an abrupt evolutions of the isotopic composition of the water vapor in the rainbands due to mixing, condensation and/or recycling processes

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Louf, Valentin. "Étude de l’eau atmosphérique par instrumentation micro-onde active et passive". Thesis, Lille 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LIL10205/document.

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La détection des systèmes précipitants convectifs dangereux est une question de première importance pour la sécurité aérienne. Dans ce travail de thèse, nous développons des applications pour le domaine de la sécurité aérienne, en utilisant l’instrumentation micro-ondes active (radars) et passive (radiomètres) pour la détection des systèmes précipitants, et plus particulièrement les zones grêlifères, ainsi que pour la météorologie, c’est-à-dire la climatologie de la vapeur d’eau et de la réfraction anormale de la mesure radar au sol. Dans une première partie nous recherchons les configurations radars les plus adaptées pour l’observation des systèmes précipitants intenses, notamment la fréquence et la résolution angulaire, tout en imposant les contraintes de taille et poids des antennes à destination de l’aviation commerciale. Ensuite nous étudions les résultats de la technique bilongueur d'onde, inédite pour les radars aéroportés. Cette partie vise à améliorer la qualité des observations des radars aéroportés pour l’aviation civile.Dans une seconde partie, nous étudions la climatologie du cycle journalier, et de ses variations saisonnières, de la vapeur d'eau en Afrique de l'Ouest. La vapeur d'eau étant l'un des gaz atmosphériques les plus importants (effet de serre, source de rayonnement, cycle hydrologique, etc.) il est nécessaire de connaître en détail sa distribution
The detection of dangerous convective precipitating system is crucial for the civil aviation safety. In this work, we develop applications for the aviation safety by using active (radar) and passive (radiometer) microwave instrumentation in order to detect precipitating systems, notably hail area. We also develop applications for the meteorology, i.e. a climatology of water vapor and the anomalous propagation of the microwave signal that is inducted by water vapor.In the first part, we study the best configuration for civil aviation airborne radars for the observation of precipitating systems, notably the frequency and the beamwidth. We have applied the constrain on the radar antenna of civil aviation that its size and its weight. Then we study the results of the dual-wavelength technic for the detection of hailstorm. This part aims to improve the quality of the observations made by civil aviation airborne radars. In the second part, we study the climatology of the water vapor diurnal cycle, and its seasonnal variations, in West Africa. Water vapor is one of the most important atmospheric gases (greenhouse effect, radiation, hydrological cycle, etc.), it is thus necessary to know in details the water vapor distribution in the troposphere. Based on this water vapor study, we then analyse the impact of the water vapor on the air refractivity and the propagation of microwaves. A climatology of anomalous propagation has been built for the instrumentation that uses microwaves

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Tarniewicz, Jérôme. "Etude d'une méthode de sondage de la vapeur d'eau dans la troposphère appliquée à la correction de mesures GPS pour l'altimétrie de haute précision". Phd thesis, Université de Versailles-Saint Quentin en Yvelines, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011934.

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Réservé lors de sa mise en service aux applications militaires, le système GPS (Global Positioning System) est désormais utilisé par la communauté scientifique civile pour des applications de positionnement de précision; dans un souci d'amélioration de la précision du positionnement vertical par GPS, une action de recherche est menée conjointement depuis 1999 entre l'Institut Géographique National (IGN) et le Service d'Aéronomie (SA) du CNRS. Cette amélioration concerne la précision de la détermination du délai troposphérique (principalement dû à la présence de vapeur d'eau dont la distribution spatiale est très variable) qui limite actuellement la précision de la restitution de la composante verticale par GPS. Cette thèse porte donc sur l'étude d'une méthode de correction des mesures GPS de la propagation troposphérique et la validation du concept proposé à partir de mesures atmosphériques et de simulations numériques.

Dans un premier temps, le système GPS est présenté dans son utilisation géodésique classique; un bilan d'erreur est donné, en insistant particulièrement sur la modélisation du délai troposphérique qui intervient dans les observations GPS. L'erreur de positionnement induite par des hétérogénéités atmosphériques est estimée par simulation simplifiée de la chaîne de traitement GPS d'une ligne de base en double différence. Il en ressort qu'une correction externe des mesures GPS est nécessaire, et que les méthodes de traitement GPS actuelles (correction a priori et estimation de paramètres troposphériques) ne sont pas adaptées à des situations présentant de fortes hétérogénéités dans la distribution de vapeur d'eau atmosphérique.

Dans un second temps, l'étude se focalise sur le mode de la correction des mesures GPS à utiliser. Après une rapide revue des différentes techniques de sondage de la vapeur d'eau troposphérique, les précisions des délais troposphériques humides obtenus à partir d'une mesure résolue en distance sont comparées, par simulation, à celles obtenues à partir d'une mesure intégrée; de ces simulations, il est conclu qu'une mesure résolue (rapport de mélange ou concentration absolue), fournie par un lidar Raman à balayage, permet d'obtenir la précision sub-millimétrique visée sur le délai troposphérique humide.

Le développement instrumental d'un lidar Raman vapeur d'eau à balayage est ensuite abordé. Le principe de la mesure de vapeur d'eau par lidar Raman est présenté, et compte-tenu des configurations instrumentales existantes, des contraintes d'encombrement imposées par la mobilité du système et des performances obtenues par un simulateur développé pour l'occasion, les caractéristiques d'un nouveau système lidar Raman sont présentées. Les premiers résultats expérimentaux obtenus en visée zénithale lors de la campagne ESCOMPTE en 2001 et d'une campagne de mesure à Toulouse au CNRM en 2002 sont présentés, validant ainsi le simulateur instrumental du lidar Raman développé pour le sondage de la vapeur d'eau atmosphérique.

Dans une dernière partie, le bénéfice d'une correction externe des mesures GPS par lidar Raman à balayage est démontré par la simulation numérique. Les observations GPS et les corrections lidar correspondantes sont calculées à partir d'une simulation de l'évolution de la distribution spatiale de la vapeur d'eau effectuée à méso-échelle par le modèle MM5. La simulation concerne une journée d'étude de la campagne IHOP (International H2O Project) pour un cas où la couche limite est très hétérogène. La stratégie d'observation est discutée en fonction de l'erreur obtenue. Il est montré que les erreurs de positionnement sub-millimétriques (environ 10 fois plus faibles que celles obtenues lors d'un traitement GPS classique) peuvent être obtenues sur une période de 24 heures, avec un balayage séquentiel et homogène de la constellation de satellites GPS (5 minutes d'observation par satellite pour des élévations supérieures à 5°).

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Quarello, Annarosa. "Développement de nouvelles méthodes d’homogénéisation des données atmosphériques GNSS. Application à l’étude de la variabilité climatique". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2020. http://www.theses.fr/2020SORUS457.

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L'homogénéisation est une étape importante et cruciale pour améliorer l'utilisation des données d'observation pour l'analyse du climat. Ce travail est motivé par l'analyse de les données journalières de Contenu Intégré en Vapeur d’Eau (CIVE) mesurées par GNSS (Global Navigation Satellite Systems), appelées GNSS CIVE (IWV Integrated Water Vapor en anglais) qui n'ont pas encore été utilisées dans ce contexte. Ces séries sont affectées par des inhomogénéités liées à des changements dans l'instrumentation, dans l'environnement et dans la procédure de traitement des données. En raison de la variabilité naturelle de la série, nous travaillons en fait sur la série chronologique des différences, en utilisant la réanalyse ERA-Interim comme référence pour le signal climatique. Une hypothèse de base est que les différences contiennent seulement la signature des changements brusques de la série GNSS qui peuvent être détectés au moyen d'un algorithme de segmentation. Une analyse minutieuse des résultats de la segmentation permet de trier les cas où cette hypothèse n'est en fait pas vraie. La principale contribution de cette thèse a été le développement d'une nouvelle méthode de segmentation dédiée à la détection des changements dans la moyenne de la série de différences GNSS-ERA-Interim CIVE. Ce modèle de segmentation intègre un biais périodique et une variance hétérogène, variable mensuellement, pour s'adapter correctement aux caractéristiques de la série. La méthode consiste à estimer d'abord la variance à l'aide d'un estimateur robuste puis à estimer les paramètres de segmentation (les positions des points de changement, les moyennes des segments) et le modèle de biais périodique de manière séquentielle. Les paramètres de segmentation et le modèle de biais périodique sont estimés de manière itérative pour un nombre fixe de points de changement. L'inférence est obtenue par la procédure classique du maximum de vraisemblance en utilisant l'algorithme de programmation dynamique pour l'estimation des paramètres de segmentation qui fournit la solution exacte dans un laps de temps raisonnable. La procédure est répétée pour tous les nombres de points de changement testés entre 0 et un maximum (environ 30). Enfin, le nombre optimal de points de changement est choisi en utilisant une stratégie de sélection de modèle pénalisée. Plusieurs critères sont testés. La méthode est implémentée dans le package R GNSSseg disponible sur CRAN. Les performances de la méthode proposée ont été évaluées par des simulations numériques. Une application pour un ensemble de données réel de 120 stations GNSS mondiales dans le réseau mondial IGS est présentée pour la période de janvier 1995 à décembre 2010. L'inspection des résultats révèle que les points de changement détectés contiennent une fraction (~20%) de valeurs aberrantes qui se caractérisent par des détections doubles avec deux grands décalages, généralement de signes opposés, rapprochés, p.ex. à quelques dizaines de jours d'intervalle. Afin de détecter et d'éliminer les valeurs aberrantes, une méthode de dépistage a été développée. L'ensemble final de points de changement est validé par rapport aux métadonnées GNSS qui contiennent des informations sur les changements d'équipement survenus dans les stations. Le pourcentage de validation reste modéré au niveau de 20% malgré tous les changements sont statistiquement significatifs. Certains des points de changement peuvent en fait être dus à la série de référence (ERA-Interim). Enfin, les informations de segmentation (dates des points de changement) sont incluses dans un algorithme de régression linéaire qui est utilisé pour estimer les tendances GNSS CIVE. Les tendances estimées sont testées pour leur signification et comparées aux tendances ERA-Interim. Une plus grande cohérence spatiale dans les tendances GNSS et une meilleure cohérence sont trouvées après l'homogénéisation avec ERA-Interim dans les régions où la réanalyse est connue pour ses performances
Homogenization is an important and crucial step to improve the use of observational data for climate analysis. This work is motivated by the analysis of long GNSS Integrated Water Vapor (IWV) data which have not yet been used in this context. These series are affected by inhomogeneities linked to changes in the instrumentation, in the environment, and in the data processing procedure. Due to the natural variability of the series we actually work on the time series of differences, using ERA-Interim reanalysis as reference for the climate signal. A base assumption is that the differences contain only the signature of the abrupt changes from the GNSS series which can be detected by means of a segmentation algorithm. Careful analysis of the segmentation results allows to sort the cases when this assumption is actually not true. The main contribution of this thesis was the development a novel segmentation method dedicated to detecting changes in the mean of the GNSS-ERA-Interim IWV difference series. This segmentation model integrates a periodic bias and a heterogeneous, monthly varying, variance to properly fit the characteristics of the series. The method consists of first estimating the variance using a robust estimator and then estimating the segmentation parameters (the positions of the change-points, the means of the segments) and the periodic bias model in a sequential way. The segmentation parameters and the periodic bias model are estimated iteratively for a fixed number of change-points. The inference is achieved by the classical maximum likelihood procedure using the dynamic programming algorithm for the estimation of the segmentation parameters which provides the exact solution in a reasonable amount of time. The procedure is repeated for all the numbers of change-points tested between 0 and a maximum (about 30). Finally, the optimal number of change-points is chosen using a penalized model selection strategy. Several criteria are tested. The method is implemented in the R GNSSseg package available on CRAN. The performance of the proposed method was evaluated by numerical simulations. An application for a real dataset of 120 global GNSS stations in the global IGS network is presented for the period from January 1995 to December 2010. Inspection of the results reveals that the detected change-points contain a fraction (~ 20 %) of outliers which are characterized by double detections with two large offsets, generally of opposite signs, close together, e.g. a few tens of days apart. In order to detect and eliminate the outliers a screening method was developed. The final set of change-points is validated with respect to GNSS metadata which contain information on equipment changes that occurred at the stations. The percentage of validation remains moderate at the level of 20 % despite all the changes are statistically significant. Some of the change-points may actually be due to the reference series (ERA-Interim). Finally, the segmentation information (dates of the change-points) is included in a linear regression algorithm which is used to estimate the GNSS IWV trends. The estimated trends are tested for significance and compared to the ERA-Interim trends. Higher spatial consistency in the GNSS trends and improved consistency is found after homogenisation with ERA-Interim in regions where the reanalysis is known to perform well. [...]

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Vérèmes, Hélène. "Étude de la variabilité de la vapeur d'eau dans la troposphère et la basse stratosphère en région (sub)tropicale et des processus associés". Thesis, La Réunion, 2016. http://www.theses.fr/2016LARE0011/document.

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Dans un contexte de changement climatique, il est important d'étudier les processus de distribution et les tendances des gaz à l'état de traces dans l'atmosphère tels que l'ozone et la vapeur d'eau. L'observatoire atmosphérique du Maïdo, situé à 2160 m, héberge un ensemble d'instruments de mesures atmosphériques in-situ et par télédétection, dont le Lidar1200, pour la mesure de profils verticaux de vapeur d'eau. La validation, l'évaluation et une première exploitation des données du Lidar1200 font l'objet de cette thèse. Des comparaisons avec des radiosondages ont permis de valider les profils de vapeur d'eau du lidar depuis la basse troposphère jusqu'à 22 km d'altitude dès lors qu'un nombre suffisant de données est intégré. À courte échelle de temps, le Lidar1200 est capable de suivre temporellement des structures de l'ordre de la centaine de mètres d'épaisseur jusqu'à une dizaine de kilomètres d'altitude. L'analyse des données montre le potentiel du Lidar1200 de surveillance de la vapeur d'eau à long-terme dans la basse stratosphère avec un ou deux points de mesure par mois. La base de données 2013-2015 apporte des informations sur la variabilité saisonnière de la vapeur d'eau au-dessus de La Réunion. Les données de vapeur d'eau permettent de documenter divers processus atmosphériques dont les échanges stratosphère-troposphère. Des signatures d'intrusion stratosphérique ont été observées sur des observations lidar quasi simultanées et co-localisées d'ozone et de vapeur d'eau pendant la campagne de mesure MALICCA (MAïdo LIdar Calibration Campaign, La Réunion), le 4 avril 2013, suggérant un processus d'intrusion stratosphérique avec plusieurs origines
In a context of climate change, it is important to study distribution processes and the trends of trace atmospheric gases such as ozone and water vapor. The Maïdo atmospheric observatory, located at 2160 m in height, hosts a set of atmospheric in-situ and remote sensing instruments, including the Lidar1200 providing vertical water vapor profiles. This thesis aims to provide a thorough work of validation, evaluation and analysis of the Lidar1200 data. Comparisons with radiosoundings allowed to validate the water vapor profiles of the lidar from the lower troposphere up to an altitude of 22 km if a sufficient number of data is integrated. At a smaller temporal scale, the Lidar1200 is able to follow temporally structures in the range of a hundred of meters thick up to a dozen of kilometers in altitude. The data analysis show the potential of the lidar in monitoring the water vapor in the lower stratosphere on a long term with one to two points of measurements by month. The database 2013-2015 brings information on the seasonal variability of the water vapor over Reunion Island. The water vapor data allow to study various atmospheric processes including stratosphere-troposphere exchanges. Signatures of stratospheric intrusions were observed on quasi-simultaneous and co-localized ozone and water vapor observations realized by two lidars of the Maïdo Observatory during the measurement campaign MALICCA-1 (MAïdo LIdar Calibration CAmpaign, Reunion Island), on April 4, 2013, suggesting stratospheric intrusions with multiple origins

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Héron, Damien. "Effet de la convection sur le contenu en vapeur d’eau de la région de la haute troposphère-basse stratosphère tropicale au-dessus de l’océan Indien". Thesis, La Réunion, 2020. http://www.theses.fr/2020LARE0026.

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La couche de la tropopause tropicale (TTL, pour Tropical Tropopause Layer), entre 14 et 20 km d’altitude, joue un rôle clé dans la circulation générale puisqu’elle est le lieu d’entrée des masses d’air troposphériques dans la stratosphère (Holton et al., 1995). En raison de la condensation de la vapeur d’eau au niveau du minimum de température de la tropopause tropicale, l’air stratosphérique présente un très faible contenu en vapeur d’eau. Les modèles climatiques prédisent une augmentation de la concentration de vapeur d’eau dans la région de la TTL qui contribuerait à un réchauffement additionnel de 10% en surface (Dessler et al., 2013). Les modèles ont beaucoup de difficultés à modéliser les variations de vapeur d’eau dans la TTL à cause, entre autres, d’une mauvaise représentation de la convection tropicale qui contrôle en bonne partie le transport vertical de vapeur d’eau vers la TTL. La compréhension des effets de la convection tropicale profonde sur le contenu en vapeur d’eau et en ozone de la haute troposphère est approfondie dans cette thèse. Des mesures radiosondages (sondes SHADOZ et Météomodem-M10) entre 2013 et 2016 lâchés depuis l’île de la Réunion montrent qu’environ 20% des profils en été austral de l’île de La Réunion ont une signature distincte de détrainement convectif en haute troposphère (10-13 km). Les rétrotrajectoires du modèle lagrangien FLEXPART calculées pour les masses d’air marquées par la convection (forte humidité et faible ozone) montrent que le nord de Madagascar et du canal du Mozambique joue un rôle prédominant dans l’humidification de la haute troposphère au-dessus de l’île de la Réunion. Le sud-ouest de l’océan Indien, qui a une moyenne proche de 9 cyclones tropicaux par an, est le troisième bassin le plus actif du globe mais demeure sous observé/étudié. Dans cette thèse, le rôle des cyclones tropicaux sur l’humidification de la TTL au-dessus de l’océan Indien est mis en évidence. Des simulations méso-échelle à 2 km de résolution du cyclone Enawo (2017) réalisées avec le modèle Meso-NH ont montré qu’un cyclone tropical pouvait humidifier la basse stratosphère (17-19 km) de 45% (de 3,3 à 4,8 ppmv) sur un rayon de 500 km. L’étude se focalise en particulier sur une intrusion massive de vapeur d’eau lors de la formation de l'œil du cyclone. Le processus principal menant à l’humidification de la TTL vient de la sublimation de la glace injectée directement en TTL par le cyclone
The Tropical Tropopause Layer (TTL), between 14 and 20 km in altitude, plays a key role in the general circulation as a gate to stratosphere for tropospheric air masses (Holton et al., 1995). The condensation of water vapor at the altitude of tropical tropopause temperature minimum causes the stratosphere to have very low water vapour content. Climate models predict an increase in water vapour mixing ratio in the TTL region which could contribute to an additional 10% to the surface warming (Dessler et al., 2013, 2016). The models have great difficulties in modeling water vapor variations in the TTL because of a poor representation of tropical convection, which controls much of the vertical transport of water vapor to the TTL. The impact of the deep convection on the water vapor and ozone content of TTL is addressed in this study. Radiosonde measurements (SHADOZ and Météomodem-M10 sondes) between 2013 and 2016 released from Reunion Island show that 20% of the summertime profiles (between 2013 and 2016) of Reunion Island have a distinct convective detrainment signature in the upper troposphere (10-13km). The lagrangian backtrajectories from FLEXPART model calculated for air masses impacted by convection show that northern Madagascar and the Mozambique Channel play a predominant role in the humidification of the upper troposphere over Reunion Island. With an yearly average of 9 tropical cyclones, the southwestern Indian Ocean is the third most active basin in the world but remains under-observed/studied. In this thesis, the role of tropical cyclones on the TTL moistening over the Indian Ocean is investigated. Mesoscale simulations at 2 km in resolution of cyclone Enawo (2017) carried out with the Meso-NH model showed that a tropical cyclone could humidify the lower stratosphere (17-19 km) by 45% (3.3- 4.8 ppmv) over a 500 km radius. The study focuses in particular on a massive intrusion of water vapor during the eye formation of the cyclone. The main process leading to the TTL humidification is the sublimation of ice transported into TTL by the cyclone. Mesoscale simulations of cyclone Gelena (2019) suggest that the estimation of vertical transport in the TTL car vary significantly between cyclones. According to Meso-NH preliminary résults, cyclone Gelena had humified the TTL by ~1 ppmv between 15 and 18 km in altitude

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Wang, Di. "What controls the 3D distribution of water vapor isotopic composition in East Asia?" Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2023SORUS567.pdf.

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Contrairement aux carottes de glace polaires, les variations isotopiques dans les carottes de glace tibétaines compliquent l'interprétation des signaux de température. L'une des principales raisons est que dans les régions de mousson aux latitudes basses et moyennes, les isotopes de l'eau sont influencés par des processus convectifs et nuageux. Il est nécessaire de mieux comprendre le comportement des isotopes de l'eau et les contrôles dynamiques impliqués dans la transpiration et la convection de l'humidité. Des observations in situ à grande échelle et des profils verticaux des isotopes de la vapeur pendant la convection seraient utiles, mais ces données sont rares. Le but de cette thèse a été de documenter les variations horizontales, verticales et temporelles de la mousson d'Asie de l'Est. D’abord, afin de documenter les variations horizontales près de la surface et saisonnières de la composition isotopique stable de l’eau en Chine, nous avons effectué des observations in situ des isotopes de la vapeur d'eau sur une vaste région de la Chine (plus de 10 000 km) pendant les saisons de pré-mousson et de mousson, à l'aide d'un système de mesure des isotopes de la vapeur d'eau nouvellement conçu et installé sur un véhicule. Nous avons constaté que les variations spatiales de la vapeur δ18O sont principalement contrôlées par la distillation de Rayleigh le long des trajectoires des masses d'air pendant la saison de pré-mousson, et sont fortement influencées par différentes sources d'humidité, les processus de recyclage continental et la convection le long du transport de l'humidité pendant la saison de la mousson. Ces résultats donnent un aperçu de la distribution spatiale et de la variabilité saisonnière de la composition isotopique de l'eau en Asie de l'Est et de leurs facteurs de contrôle, et soulignent la nécessité d'interpréter les enregistrements proxy dans le contexte du système régional et des sources d'humidité. Ensuite, pour mieux comprendre les processus physiques qui contrôlent la distribution verticale des isotopes de la vapeur et sa variabilité intra-saisonnière et saisonnière, nous avons observé les profils verticaux des isotopes de la vapeur de l'atmosphère jusqu'à la haute troposphère (de la surface du sol à 3856 m jusqu'à 11000 m d'altitude) de juin à octobre dans le sud-est du plateau tibétain à l'aide d'un drone spécialement conçu à cet effet. Pour l’échantillonnage, nous avons utilisé des sacs d’air, mais avons rencontré des problèmes de perméabilité généralement associés à ces sacs. Pour corriger ces problèmes, nous avons développé un modèle de diffusion et en avons calibré les paramètres avec des expériences de laboratoire. Ceci nous a permis de documenter pour la première fois que la distribution verticale des isotopes de la vapeur d'eau atmosphérique pendant toute la période de la mousson jusqu'à la haute troposphère, avec une résolution verticale et une gamme d'altitudes sans précédent. Nous constatons que les profils verticaux de la composition isotopique de la vapeur d'eau reflètent une combinaison de processus à grande échelle, en particulier la convection profonde et le recyclage continental le long des trajectoires, et les processus convectifs locaux, en particulier le détrainement convectif et la sublimation des cristaux de glace. Les variations saisonnières et intra-saisonnières observées sont généralement cohérentes verticalement, en raison du fort mélange convectif vertical et du détrainement convectif local de la vapeur provenant des basses couches, et reflètent les variations de convection profonde le long des trajectoires
Unlike polar ice core records, the isotope variations in Tibetan ice cores challenge the interpretation of temperature signals. One of the main reasons is that in monsoon regions at low and middle latitudes, water isotopes are influenced by convective and cloud processes. A deeper understanding of water isotope behavior and the dynamical controls involved in moisture transpiration and convection is needed. Large-scale in-situ observations and vertical profiles of vapor isotopes during convection would be helpful. However, such data are rare. The aim of this thesis was to document horizontal, vertical, and temporal variations in the isotopic composition of water in East Asian monsoon region. First, to document the horizontal and seasonal variations of water isotopes near the surface across China, we made in-situ observations of near-surface vapor isotopes over a large region (over 10000 km) across China in both pre-monsoon and monsoon seasons, using a newly-designed vehicle-based vapor isotope monitoring system. We found that the observed spatial variations of vapor δ18O are mainly controlled by Rayleigh distillation along air mass trajectories during the pre-monsoon period, but are significantly influenced by different moisture sources, continental recycling processes, and convection along moisture transport during the monsoon period. These results provide an overview of the spatial distribution and seasonal variability of water isotopic composition in East Asia and their controlling factors and emphasize the need to interpret proxy records in the context of the regional system and moisture sources. Second, to better understand the physical processes that control the vertical distribution of vapor isotopes and its intra-seasonal and seasonal variability, we observed the vertical profiles of atmosphere vapor isotopes up to the upper troposphere (from the ground surface at 3856m up to 11000m a.s.l.) from June to October in the southeastern Tibetan Plateau using a specially-designed unmanned-aerial-vehicle (UAV) system. For the sampling, we chose to carry air bags on UAVs as a portable sampling device, but encountered the permeability problem commonly associated with these bags. To corrected for this problem, we developed a diffusion model with diffusion parameters calibrated through laboratory experiments. This allows us to document for the first time the vertical distribution of atmospheric water vapor isotopes across the entire monsoon period up to the upper troposphere, boasting an unprecedented vertical resolution and altitude range. We find that the vertical profiles of water vapor isotopic composition reflect a combination of large-scale processes, in particular deep convection and continental recycling along trajectories, and local convective processes, in particular convective detrainment, and sublimation of ice crystals. The observed seasonal and intra-seasonal variations are generally vertically coherent, due to the strong vertical convective mixing and local convective detrainment of vapor originating from the low levels, and are mainly due to deep convection along trajectories

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Poulain, Virginie. "Evolution passée et future de la composition chimique stratosphérique et ses interactions avec le climat". Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00909553.

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Ces dernières décennies, la stratosphère et sa composition chimique ont subi des changements importants qui commencent à influencer le climat. Dans la stratosphère, les changements les plus significatifs du point de vue du climat sont l'amincissement de la couche d'ozone et l'augmentation de la vapeur d'eau. Suite à l'augmentation de la charge en composés atmosphériques halogénés, la couche d'ozone s'est amincie au cours de ces trente dernières années. Cette charge a cessé d'augmenter à la fin des années 90 à la suite de l'application du Protocole de Montréal et de ses amendements sur le contrôle des émissions des CFC. On s'attend donc à ce que l'ozone stratosphérique retrouve, à l'échelle globale, les niveaux des années 60 (pré-CFC) au cours de ce siècle. Cependant l'ozone ne retrouvera certainement pas sa distribution spatiale des années 60 car cette distribution dépend non seulement de la charge en espèces halogénées mais aussi de la concentration des gaz à effet de serre. En effet, les évolutions de la stratosphère et du climat sont couplées par l'intermédiaire de mécanismes d'origine chimique, dynamique et radiatif. En parallèle, la vapeur d'eau a augmenté fortement depuis la seconde moitié du 20ème siècle. Sur cette tendance à long terme se superposent des fluctuations inter- annuelles très substantielles. Par exemple, les observations ont montré une assez forte diminution de la vapeur d'eau en 2001 qui reste encore mal expliquée. Pour mieux comprendre les caractéristiques entre la composition chimique de la stratosphère et le climat, des modèles de chimie-climat ont été développés durant la dernière décennie. Les climatologies de ces modèles ont été évaluées par des comparaisons avec divers jeux d'observations dans le cadre de grands programmes internationaux tels que SPARC/CCMVal. Cette thèse est plutôt centrée sur l'évaluation de la variabilité dans ces modèles. La variabilité peut être décomposée en deux termes : une variabilité dite interne (difficile à caractériser) générée au sein même du système atmosphérique et la variabilité dite forcée qui est générée par des forçages externes au système, tels que l'activité solaire ou la charge en composés halogénés. La première partie de cette thèse porte sur l'évaluation des modèles en termes de variabilité inter-annuelle de la composition chimique stratosphérique, notamment ozone et vapeur d'eau. Nous nous intéressons non seulement à la variabilité inter-annuelle de l'ozone stratosphérique, vue des stations d'observations du NDACC, mais aussi aux contributions des forçages externes à cette variabilité. Ensuite, nous portons notre attention sur la vapeur d'eau stratosphérique et, en particulier, sur les phénomènes de variations assez rapides (aussi appelées ruptures) de sa teneur qui peuvent générer un forçage climatique très significatif. La capacité des CCM à reproduire ces ruptures est évaluée par des comparaisons à des longues séries temporelles d'observations. Enfin, nous étudions le forçage climatique des variations d'ozone, en particulier l'évolution de son forçage radiatif jusqu'à la fin du siècle et si l'évolution de l'ozone à l'échelle globale peut être un indicateur de son forçage radiatif.

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Vasconcelos, Nogueira Neto Antonio. "Mécanismes contrôlant les anomalies de température de surface de la mer et de précipitation au cours de deux années contrastées 2010 et 2012 dans l'Atlantique tropical". Thesis, Toulouse 3, 2019. http://www.theses.fr/2019TOU30010.

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Peu d'études ont été consacrées à la documentation des processus pilotant l'évolution de l'ITCZ maritime sur l'Atlantique (AMI). La présente étude fournit une analyse de l'évolution de l'océan et de l'atmosphère de l'Atlantique tropicale pour deux années contrastées en Température de Surface de la Mer (TSM), 2010 et 2012, qui ont été respectivement les années les plus chaudes et les plus froides observées au cours de la période 1982-2015. Les mécanismes à l'origine des anomalies interannuelles et saisonnières de la TSM sont d'abord explorés via un bilan thermique dans la couche de mélange océanique (CMO) effectué à partir de flotteurs Argo, de données satellitaires et des réanalyses atmosphériques ERA-Interim pour la période 2007-2012. Le flux de chaleur latente en surface s'est avéré être sous-estimé de 20 W.m-2 conduisant à un mélange vertical erroné dans l'ensemble du domaine. La correction de ce flux de surface a permis d'assimiler le résidu à un mélange vertical turbulent à la base de la couche de mélange d'intensité réaliste. Une fois corrigé, le bilan de la CMO montre que les anomalies de TSM observées en 2010 et 2012 ont été générées par une anomalie de vent liée à une anomalie de flux de chaleur latente sur l'Atlantique nord en hiver. L'advection horizontale induite par le vent joue cependant un rôle fondamental pour équilibrer les flux de surface dans l'Atlantique Sud en 2012. Ces résultats montrent que l'Atlantique tropical nord est une région clé pour la génération des anomalies de TSM observées en 2010 et 2012. La deuxième partie de l'étude étudie la mise en place des anomalies pluviométriques de 2010 et 2012 et les mécanismes associés. En moyenne saisonnière, les précipitations de 2010 ont été plus intenses sur une grande partie du bassin tandis que celles de 2012 présentaient un dipôle méridien avec un maximum de précipitations décalé de 5° au nord par rapport à la climatologie. Un bilan d'eau intégré verticalement a montré que l'advection d'humidité est la principale contribution à l'anomalie de précipitation pour les deux années, notamment via l'anomalie de vent horizontal. À l'échelle intrasaisonnière, une analyse des régimes de pluie révèle que les pluies fortes étaient plus fréquentes en 2010 alors que en 2012 les pluies faibles étaient plus fréquentes. La relation entre les précipitations et certains facteurs clés tels que la TSM et l'eau précipitable dans la zone de l'AMI montrent qu'en 2010, le seuil de TSM pour le déclenchement des pluies est supérieur à celui de 2012. La relation eau précipitable - pluie montre également l'existence d'un seuil d'eau précipitable pour le déclenchement des pluies différent selon les années et selon la température de la troposphère. On montre ainsi que les conditions atmosphériques plus chaudes de 2010 ont contribué à "atténuer" l'effet de l'anomalie de TSM via le mécanisme de Clausius-Clapeyron. La pluie est également modulée par le tourbillon vertical qui est plus faible en 2010 qu'en 2012 à régimes de pluie équivalents, ce que souligne le rôle des perturbations atmosphériques. Une analyse spectrale des précipitations montre que les ondes d'Est Africaines, dans la gamme 2 - 10 jours, expliquent l'essentiel des différences observées dans la variabilité des pluies entre 2010 et 2012. Enfin, un ensemble de simulations réalisées avec le modèle atmosphérique à aire limitée Méso-NH a été utilisé pour comprendre les contributions de l'océan et de l'atmosphère aux anomalies de pluies de 2010 et 2012. Les pluies simulées en changeant la TSM de 2010 par celle de 2012 et en gardant les conditions latérales de 2010 sont très proches de celles de 2010. Ce comportement confirme que le facteur clé pour déterminer l'anomalie de pluie de 2010 n'est pas l'anomalie de TSM mais l'anomalie de vent horizontal et de température de la troposphère
The Atlantic Marine ITCZ (AMI) is a regional manifestation of the ITCZ over the warm water of the tropical Atlantic oceans. Few studies have been devoted to document the processes driving the evolution of the SST and precipitation, most of which were centered on the eastern side of the basin. The present study provides an analysis of the evolution of the ocean and the atmosphere over the Western part of the Atlantic for two contrasted years in Sea Surface Temperature (SST), 2010 and 2012, that were respectively the warmest and coldest years observed during the 1982-2015 period. The causes of interannual and seasonal anomalies of SST are first explored via an oceanic mixed-layer (ML) heat budget performed from Argo floats, satellite-based data and ERAI-Interim atmospheric reanalysis for the period 2007-2012. The surface latent heat flux was found to be under-estimated by 20 W/m2 and conducted to erroneous vertical mixing in the whole domain. Correction of these surface fluxes yielded to residuals which were assimilated to vertical turbulent mixing at the mixed-layer base, which fell into realistic range. Once corrected, the ML budget shows that the observed SST anomalies in 2010 and 2012 were generated by anomalous wind stress and, consequently, anomalous latent heat flux in the north Atlantic during winter. The wind-induced horizontal advection plays a fundamental role in balancing the surface flux in the south Atlantic in 2012. The north tropical Atlantic appears as a key region for the generation of the SSTs pattern observed in 2010 and 2012. The second part of the study analyses the building of the 2010 and 2012 rainfall anomalies and the underlying mechanisms. On seasonal average, 2010 shows a more intense rainfall over the basin while 2012 exhibits a meridional dipole of precipitation with a rainfall maximum shifted 5 degrees north of its climatological location. An analysis of the water budget integrated vertically indicates that the anomalous vertical advection of moisture is the leading term that contributed to the precipitation anomalies for both years and that anomalous horizontal wind has the greatest contribution to this term. At the intraseasonal scale, an analysis of the precipitation regimes reveal that 2010 favoured more frequent heavy rainfall than 2012 while 2012 was characterised by more frequent lighter rain. The relationships between the precipitation and some key factors such as SST and precipitable water (PW) are analysed within the AMI to understand how deep convection was altered under different SST conditions. The main results is that the 2010 shows a higher SST threshold than 2012 for strong rainfall to occur. The precipitation - PW relationships shows the existence of a threshold of precipitable water too, which depends on the years and the tropospheric temperature. It is underlined that the atmospheric warmer conditions in 2010 vs 2012 acted to "damp" the SST anomaly via Clausius-Clapeyron mechanism, i.e. by increasing the water vapour saturation threshold of the atmosphere. A spectral analysis of precipitation revealed that African Easterly Waves at periods of 2-10 days explain most of the difference in the variability of precipitation between both years. Finally a set of simulation realised with the limited-area atmospheric model Meso-Nh was used to understand the contribution of the ocean and the atmosphere to the anomalous precipitation for 2010. Sensitivity experiments to the SST and initial/lateral boundary conditions were performed. The rainfall simulated by Meso-NH when forcing the model with the SST from 2012 and keeping the lateral boundary conditions to those of 2010 are very close to the rainfall obtained for 2010. It shows that the key factor to determine the 2010 rainfall anomaly is not the SST but the atmospheric properties provided by the lateral boundary conditions i.e. the anomalous horizontal wind and the tropospheric temperature

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Argence, Sébastien. "Prévisibilité de précipitations intenses en Méditerranée : impact des conditions initiales et application aux inondations d'Alger de novembre 2001". Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00451051.

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Malgré l'amélioration constante des modèles de prévision opérationnelle, certains événements demeurent difficilement prévisibles, même à courte échéance. Dans ces cas, la qualité de la prévision dépend fortement de celle des conditions initiales qui lui sont fournies. Dans ce contexte, il apparaît essentiel d'améliorer des méthodes existantes et d'en développer de nouvelles afin de prendre au mieux en compte les incertitudes liées aux conditions initiales, en particulier pour la prévision d'événements intenses tels que les fortes pluies qui touchent régulièrement le bassin Méditerranéen. L'impact d'incertitudes aux conditions initiales sur la prévision de la dite “supertempête” d'Alger (novembre 2001) a été examiné au travers de simulations haute résolution réalisées avec le modèle Méso-NH. Ce cas était caractérisé par la présence d'un profond thalweg d'altitude associé à une cyclogenèse intense. Il a été montré qu'une faible perturbation initiale de la profondeur du thalweg d'altitude (et de l'intensité de l'anomalie positive de tourbillon potentiel associée) pouvait se propager et s'intensifier durant la simulation, impactant alors la prévision du cyclone de surface. Une étude détaillée des conditions de développement de la convection profonde dans chaque expérience a montré que les perturbations de petites échelles observées sur les champs de précipitations étaient directement liées à la prévision du cyclone et donc aux perturbations initiales. Dans une seconde partie, l'influence de corrections de tourbillon potentiel sur la prévision du même cas d'étude a été examinée. A l'aide du modèle opérationnel Français ARPEGE, nous avons montré que la prévision démarrant de l'analyse opérationnelle du 9 novembre 2001 à 1200 UTC n'était pas capable de reproduire le cycle de vie et le creusement de la dépression de surface. Des corrections locales de tourbillon potentiel guidées par des observations satellites issues du canal vapeur d'eau de Meteosat 7 ont conduit à une amélioration significative de la prévision du minimum dépressionnaire et des précipitations associées. A l'aide de simulations très haute résolution (2 km) Méso-NH et de l'utilisation de l'approche dite modèle-vers-satellite, nous avons montré que l'impact des modifications initiales était particulièrement positif lors des périodes de forte activité convective précédent celles de précipitations intenses.

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Ibrahim, El Aouadi. "Estimation de la Quantité de Vapeur d'Eau Précipitable et du Forçage Radiatif de l'Aérosol atmosphérique à partir de la Télédétection passive à Oujda (Maroc)". Phd thesis, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00126997.

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L'aérosol atmosphérique est un composant essentiel dans la machine climatique, il contribue d'une façon significative à l'extinction du rayonnement au sein de l'atmosphère par les processus d'absorption et de diffusion. Ces processus peuvent être quantifiés sous le terme de forçage radiatif direct; la détermination de ce forçage reste incertaine à l'heure actuelle aux niveaux régional et global. Ce travail contribue en partie à l'estimation de ceforçage à l'échelle régionale, cette quantification est faite avec une méthode basée sur desmesures de l'irradiance solaire à l'aide du pyranomètre (spectre du rayonnement), et aussi par le photomètre solaire en terme d'épaisseur optique (mesures pour des longueurs d'ondes
précises). Toutes ces mesures sont effectuées au campus universitaire de la faculté des sciences d'Oujda (34°41' N ; 1°53' W ; 580 m d'altitude).
L'aérosol atmosphérique contribue à un refroidissement de la surface de l'ordre de -10 W/m² en moyenne annuelle, avec des variations très importantes. Le forçage peut atteindre des valeurs extrêmement élevées pour les jours chargés de poussière (-80 W/m² ).
L'aérosol du mode accumulation est le principal responsable du forçage radiatif avec une faible contribution des grosses particules.
La vapeur d'eau est une composante principale dans la formation des nuages et des précipitations. La détermination de la Quantité de Vapeur d'Eau Précipitable (QVEP) reste un objectif très important, la connaissance de sa distribution spatiale et temporelle est essentielle dans la correction des mesures de télédétection à cause de sa contribution importante dans les perturbations du signal mesuré par les instruments de télédétection. Les mesures de la transmittance solaire dans les bandes infrarouges de forte absorption de la vapeur d'eau permettent la détermination de cette QVEP.
La quantité de vapeur d'eau dans la région d'Oujda dépend des saisons, les valeurs élevées de l'ordre de 2.5 g/cm² sont enregistrées durant l'été et le printemps et les faibles valeurs autour de 0.3 g/cm² en automne et en hiver. Ces variations dépendent de la température et de l'eau de surface.

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Tesis sobre el tema "Vapeur d'eau atmosphérique – Mesure"

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