Rôle de la vapeur d'eau dans le cycle hydrologique en Arctique

Atmospheric water vapour plays a key role in the Arctic radiation budget, hydrological cycle and hence climate, but its measurement with high accuracy remains an important challenge. Arctic water vapor is characterized by a spatial and temporal variability which is not completely understood yet. Its mass integrated in the atmospheric column (TCWV) is studied in this thesis. TCWV seasonal cycle at 18 polar stations is examined following the effect of latitude, longitude in addition to the continental effect. The measurements used in this thesis were validated at three polar stations, the satellites measurements of TCWV in the NIR/VIS/IR bands by MODIS/ SCIAMACHY/ AIRS sensors are compared to those obtained from ground based GPS signals delay. Their uncertainties and limitations are evaluated in season and month scales especially their sensitivities to the clouds presence. In NIR and VIS, the measurements undergo increased sensitivity to the presence of clouds at high latitudes in summer. In addition, albedo estimation is still a challenge to their TCWV inversion models, especially where canopies are snow-covered. Following the validation results, the distribution and seasonal trends of the TCWV over the entire Arctic was assessed via MODIS. Trends and anomalies are discussed mainly in response to changes in the Arctic vegetation, snow cover, and sea ice during 2001-2015. Increased trends in TCWV may be related to local increase of vegetated areas coincidently to snow cover decrease during transient seasons. Increased trends in TCWV were observed by MODIS, forced by local summer warming from many warm waves. A dramatic decline in sea ice near the Siberian and Beaufort coasts led to an observed local increase in TCWV in early fall. A warm-up phase in the Svalbard archipelago, persisting in all seasons except summer, also resulted in additional quantities of TCWV. The detection and justification of trends is a task still far from being accomplished. Arctic TCWV measurements are in question, TCWV measurements over green areas in winter, or through cloudy skies in summer are the major challenges.La vapeur d'eau atmosphérique joue un rôle clé dans le budget radiatif en Arctique, le cycle hydrologique et donc le climat. Mais sa mesure avec une précision reste un défi. La vapeur d'eau en Arctique se caractérise par une variabilité spatiale et temporelle qui n'est pas complètement comprise. Sa colonne atmosphérique total intégrée (TCWV) est étudiée dans cette thèse. Trois méthodes de mesures de la TCWV à distance sont testées et validées pour la région polaire. Cela inclut les mesures de TCWV aux bandes NIR/VIS/IR par les capteurs MODIS, SCIAMACHY, et AIRS embarqués sur satellites. Le cycle saisonnier de la TCWV à 19 stations polaires de référence est examiné suite à l'effet de la latitude, de la longitude en plus de l'effet continental/océanique. Les mesures utilisées ont été validées aux trois stations polaires via la comparaison à une base de données référentielle de TCWV convertis de retards de signaux GPS basés au sol. Les incertitudes et limites de mesures satellitaires sont évaluées par saison et par mois. Particulièrement, nous avons étudié l’effet de la présence de nuages sur les mesures des TCWV par satellites. Dans le NIR et dans le VIS, les mesures subissent une sensibilité accrues à la présence de nuages aux latitudes hautes en été. En plus, l’estimation de l’albédo est toujours un défi aux modèles d’inversion de la TCWV, surtout en présence de neige en régions cultivées. Suite aux résultats de la validation, la distribution et les tendances saisonnières de la TCWV au-dessus de toute l'Arctique ont été évalués via MODIS. Les tendances et anomalies accrues sont discutées principalement en réponse aux changements observés en Arctique au cours des 2001-2015 années, celles qui concernent la végétation, la couverture de neige, et la glace de mer. Les tendances accrues de la TCWV peuvent être liées à l’augmentation locale de surfaces vertes relative à la neige pendant les saisons transitoires. Des tendances augmentées de la TCWV étaient observables par MODIS, forcé par le réchauffement estival local pendant les vagues de chaleurs au temps de ciels clairs. Un déclin dramatique de la glace de mer près des côtes Sibériennes et de la cote du Beaufort a entraîné une augmentation locale observée de la TCWV en début d’automne. Une phase de réchauffement au niveau de l’archipel du Svalbard, persistant en toutes saisons sauf l’été, a entrainé également des quantités supplémentaires de la TCWV. La détection et justification de tendances est une tache toujours loin d’être accomplie. Les mesures en Arctique sont toujours en question, les mesures de la TCWV au-dessus de surfaces vertes en hiver, ou à travers du ciel nuageux en été sont des défis majeurs

The role of water vapor on the hydrologic cycle in the polar regions

La vapeur d'eau atmosphérique joue un rôle clé dans le budget radiatif en Arctique, le cycle hydrologique et donc le climat. Mais sa mesure avec une précision reste un défi. La vapeur d'eau en Arctique se caractérise par une variabilité spatiale et temporelle qui n'est pas complètement comprise. Sa colonne atmosphérique total intégrée (TCWV) est étudiée dans cette thèse. Trois méthodes de mesures de la TCWV à distance sont testées et validées pour la région polaire. Cela inclut les mesures de TCWV aux bandes NIR/VIS/IR par les capteurs MODIS, SCIAMACHY, et AIRS embarqués sur satellites. Le cycle saisonnier de la TCWV à 19 stations polaires de référence est examiné suite à l'effet de la latitude, de la longitude en plus de l'effet continental/océanique. Les mesures utilisées ont été validées aux trois stations polaires via la comparaison à une base de données référentielle de TCWV convertis de retards de signaux GPS basés au sol. Les incertitudes et limites de mesures satellitaires sont évaluées par saison et par mois. Particulièrement, nous avons étudié l’effet de la présence de nuages sur les mesures des TCWV par satellites. Dans le NIR et dans le VIS, les mesures subissent une sensibilité accrues à la présence de nuages aux latitudes hautes en été. En plus, l’estimation de l’albédo est toujours un défi aux modèles d’inversion de la TCWV, surtout en présence de neige en régions cultivées. Suite aux résultats de la validation, la distribution et les tendances saisonnières de la TCWV au-dessus de toute l'Arctique ont été évalués via MODIS. Les tendances et anomalies accrues sont discutées principalement en réponse aux changements observés en Arctique au cours des 2001-2015 années, celles qui concernent la végétation, la couverture de neige, et la glace de mer. Les tendances accrues de la TCWV peuvent être liées à l’augmentation locale de surfaces vertes relative à la neige pendant les saisons transitoires. Des tendances augmentées de la TCWV étaient observables par MODIS, forcé par le réchauffement estival local pendant les vagues de chaleurs au temps de ciels clairs. Un déclin dramatique de la glace de mer près des côtes Sibériennes et de la cote du Beaufort a entraîné une augmentation locale observée de la TCWV en début d’automne. Une phase de réchauffement au niveau de l’archipel du Svalbard, persistant en toutes saisons sauf l’été, a entrainé également des quantités supplémentaires de la TCWV. La détection et justification de tendances est une tache toujours loin d’être accomplie. Les mesures en Arctique sont toujours en question, les mesures de la TCWV au-dessus de surfaces vertes en hiver, ou à travers du ciel nuageux en été sont des défis majeurs.Atmospheric water vapour plays a key role in the Arctic radiation budget, hydrological cycle and hence climate, but its measurement with high accuracy remains an important challenge. Arctic water vapor is characterized by a spatial and temporal variability which is not completely understood yet. Its mass integrated in the atmospheric column (TCWV) is studied in this thesis. TCWV seasonal cycle at 18 polar stations is examined following the effect of latitude, longitude in addition to the continental effect. The measurements used in this thesis were validated at three polar stations, the satellites measurements of TCWV in the NIR/VIS/IR bands by MODIS/ SCIAMACHY/ AIRS sensors are compared to those obtained from ground based GPS signals delay. Their uncertainties and limitations are evaluated in season and month scales especially their sensitivities to the clouds presence. In NIR and VIS, the measurements undergo increased sensitivity to the presence of clouds at high latitudes in summer. In addition, albedo estimation is still a challenge to their TCWV inversion models, especially where canopies are snow-covered. Following the validation results, the distribution and seasonal trends of the TCWV over the entire Arctic was assessed via MODIS. Trends and anomalies are discussed mainly in response to changes in the Arctic vegetation, snow cover, and sea ice during 2001-2015. Increased trends in TCWV may be related to local increase of vegetated areas coincidently to snow cover decrease during transient seasons. Increased trends in TCWV were observed by MODIS, forced by local summer warming from many warm waves. A dramatic decline in sea ice near the Siberian and Beaufort coasts led to an observed local increase in TCWV in early fall. A warm-up phase in the Svalbard archipelago, persisting in all seasons except summer, also resulted in additional quantities of TCWV. The detection and justification of trends is a task still far from being accomplished. Arctic TCWV measurements are in question, TCWV measurements over green areas in winter, or through cloudy skies in summer are the major challenges

Midlatitude cirrus cloud investigations from ground-based lidar and ERA-5 re-analysis

International audienc

Trends of total water vapor column above the Arctic from satellites observations

International audienceAtmospheric water vapor (H2O) is the most important natural (as opposed to man-made) greenhouse gas, accounting for about two-thirds of the natural greenhouse effect. Despite this importance, its role in climate and its reaction to climate change are still difficult to assess.Many details of the hydrological cycle are poorly understood, such as the process of cloud formation and the transport and release of latent heat contained in the water vapor.In contrast to other important greenhouse gases like carbon dioxide (CO2) and methane, water vapor has a much higher temporal and spatial variability.Total precipitable water (TPW) or the total column of water vapor (TCWV) is the amount of liquid water that would result if all the water vapor in the atmospheric column of unit area were condensed. TCWV distribution contains valuable information on the vigor of the hydrological processes and moisture transport in the atmosphere. Measurement of TPW can be obtained based on atmospheric water vapor absorption or emission of radiation in the spectral range from UV to MW.TRENDS were found over the terrestrial Arctic by means of TCWV retrievals (using Moderate Resolution Imaging Spectro-radiometer (MODIS) near-infrared (2001-2015) records).More detailed approach was made for comparisons with ground based instruments over Sodankyla – Finland (TCWV from: SCIAMACHY 2003-2011, GOME-2A 2007-2011, SAOZ 2003-2011, GPS 2003-2011, MODIS 2003-2011

Total Column Water Vapor Trends from 15 Years of MODIS/NIR above the Arctic

International audienceWater vapor is defined as a major climate indicator at many occasions, highly variable spatially and temporarily, water vapor has the most important natural GHG effect, through his high infra-red absorption capacity, and temperature changes sensitivity, water vapor affects the Earth radiative budget and energy transfer, evolved at many atmospheric dynamics including the cloud formation and the aerosols composition. As a consequence to the accelerated transition towards the new climate especially above the arctic, and to investigate the feedback to the arctic amplification and the global warming, we study the water vapor variability and trends on a relatively long term above the arctic region, using the Total Column Water Vapor retrieval from MODIS/NIR spectro-radiometer on board of TERRA satellite. These 15 Years monthly daytime satellite data were compared to GPS integrated water vapor over four selected NDACC polar stations: Sodankyla-Finland, Ny-Alesund –Svalbard, Thule-Greenland, Scoresbysund-Greenland. GPS data are calculated with the temperature and pressure profile of the nearest coastal ERA-Interim station. These data were filtered for nearly coincident time to satellite over pass in order to exclude the timing effects. Errors, relative biases and RMSE at both monthly and seasonally scales will be presented and discussed. Then the MODIS 15 years linear trends and anomalies above the whole Arctic will be shown with a special focus on sea ice extent decline feed-back and hydrologic cycle connections with respect to heat waves. Results show wetter trends on the Mackenzie and mid-Siberia at September, unlike the European arctic summer which is getting drier, while Svalbard is getting wetter almost all the year. Conclusion and perspectives are also presented

Enhanced MODIS Atmospheric Total Water Vapour Content Trends in Response to Arctic Amplification

International audienceIn order to assess the strength of the water vapour feedback within Arctic climate change, 15 years of the total column-integrated density of water vapour (TCWV) from the moderate resolution imaging spectrometer (MODIS) are analysed. Arctic TCWV distribution, trends, and anomalies for the 2001–2015 period, broken down into seasons and months, are analysed. Enhanced local spring TCWV trends above the terrestrial Arctic regions are discussed in relation to land snow cover and vegetation changes. Upward TCWV trends above the oceanic areas are discussed in lien with sea ice extent and sea surface temperature changes. Increased winter TCWV (up to 40%) south of the Svalbard archipelago are observed; these trends are probably driven by a local warming and sea ice extent decline. Similarly, the Barents/Kara regions underwent wet trends (up to 40%), also associated with winter/fall local sea ice loss. Positive late summer TCWV trends above the western Greenland and Beaufort seas (about 20%) result from enhanced upper ocean warming and thereby a local coastal decline in ice extent. The Mackenzie and Siberia enhanced TCWV trends (about 25%) during spring are found to be associated with coincident decreased snow cover and increased vegetation, as a result of the earlier melt onset. Results show drier summers in the Eurasia and western Alaska regions, thought to be affected by changes in albedo from changing vegetation. Other TCWV anomalies are also presented and discussed in relation to the dramatic decline in sea ice extent and the exceptional rise in sea surface temperature

Evaluation du module de transfert des pesticides PeStics sur différents sites expérimentaux et acquisition de données à la parcelle en vue de l’application du modèle sur le bassin de l’Orgeval

Le transfert des pesticides dans les bassins versants est difficile à appréhender, tant au niveau de l’évaluation des molécules susceptibles d’être détectées que des concentrations mesurées. La diversité des molécules utilisées en agriculture et les doses d’application de plus en plus faibles rendent leur détection au-dessus de la limite de quantification incertaine. La modélisation du transfert des pesticides permettrait d’évaluer la présence de ces molécules. La règlementation des traitements a considérablement évolué ces dernières années, notamment avec la mise en place du plan Ecophyto 2018 qui s’est accompagnée d’un retrait d’homologation des principales substances régulièrement détectées dans les eaux. Dans le cadre du Piren Seine, le couplage du modèle agronomique STICS avec la chaine de modélisation hydrogéologique MODCOU avait permis de montrer qu’il était possible de modéliser le transfert des nitrates sur tout le territoire du bassin versant de la Seine (Gomez et al., 2003). Les développements au sein de la plateforme de modélisation Eau-dyssée ainsi que ceux apportes dans la dernière version de STICS pour la rendre modularisable ont oriente le choix d’y intégrer un module de transfert dédié aux pesticides : Pestics. Les processus affectant le transfert dans les sols des pesticides ont été implémentés au sein de Pestics dans le modèle agronomique STICS. Bien que les premières applications de ce modèle donnent des résultats sensés, des travaux supplémentaires étaient nécessaires pour une évaluation plus précise. Pour cela, un effort a été effectue pour obtenir de nouveaux jeux de données expérimentaux auprès de partenaires scientifiques. En parallèle, un travail expérimental a été mis en place sur le bassin versant de l’Orgeval pour acquérir des données sur une parcelle agricole durant la saison 2012

Evaluation du module de transfert des pesticides PeStics sur différents sites expérimentaux et acquisition de données à la parcelle en vue de l’application du modèle sur le bassin de l’Orgeval

Le transfert des pesticides dans les bassins versants est difficile à appréhender, tant au niveau de l’évaluation des molécules susceptibles d’être détectées que des concentrations mesurées. La diversité des molécules utilisées en agriculture et les doses d’application de plus en plus faibles rendent leur détection au-dessus de la limite de quantification incertaine. La modélisation du transfert des pesticides permettrait d’évaluer la présence de ces molécules. La règlementation des traitements a considérablement évolué ces dernières années, notamment avec la mise en place du plan Ecophyto 2018 qui s’est accompagnée d’un retrait d’homologation des principales substances régulièrement détectées dans les eaux. Dans le cadre du Piren Seine, le couplage du modèle agronomique STICS avec la chaine de modélisation hydrogéologique MODCOU avait permis de montrer qu’il était possible de modéliser le transfert des nitrates sur tout le territoire du bassin versant de la Seine (Gomez et al., 2003). Les développements au sein de la plateforme de modélisation Eau-dyssée ainsi que ceux apportes dans la dernière version de STICS pour la rendre modularisable ont oriente le choix d’y intégrer un module de transfert dédié aux pesticides : Pestics. Les processus affectant le transfert dans les sols des pesticides ont été implémentés au sein de Pestics dans le modèle agronomique STICS. Bien que les premières applications de ce modèle donnent des résultats sensés, des travaux supplémentaires étaient nécessaires pour une évaluation plus précise. Pour cela, un effort a été effectue pour obtenir de nouveaux jeux de données expérimentaux auprès de partenaires scientifiques. En parallèle, un travail expérimental a été mis en place sur le bassin versant de l’Orgeval pour acquérir des données sur une parcelle agricole durant la saison 2012

Evolutions and Improvements in CFOSAT SWIM Products

International audienceThe Chinese-French oceanography satellite, CFOSAT, was launched on October 2018. Two Ku-band scatterometers are on-board: SCAT for the wind observation and SWIM for the wave observation. After a first phase mainly dedicated to validation and identification of improvement possibilities, the ground processing and products generated were upgraded. This paper presents the main evolutions implemented and their positive impacts on the SWIM data quality

CFOSAT: Latest Improvements in the Swim Products and Contributions in Oceanography

International audienceFor the first time, co-located wind vectors and wave spectral characteristics are available thanks to the French/Chinese CFOSAT mission, which includes a wind scatterometer SCAT and a wave scatterometer SWIM. Three years after its launch, CFOSAT data is thoroughly qualified and various scientific work has been undertaken. This paper focuses on CFOSAT SWIM data, its performance and scientific contribution to oceanography, coastal and sea ice study