Conception réalisation et mise en oeuvre d'un scintillomètre (influence de la vapeur d'eau dans la bande 940nm)

L'atmosphère et la surface terrestre interagissent en permanence par le biais des échanges d'énergie et de matière. Ces flux jouent un rôle important dans l'étude de l'hydrologie des surfaces ou de l'écologie terrestre, ou bien encore l'étude des phénomènes météorologiques et climatiques. En effet, ils représentent les conditions aux limites des différents compartiments du système Terre et la quantification de ces échanges à différentes échelles spatiales est indispensable pour les modèles de prévision. Les mesures de flux d'énergie sont très répandues pour des mesures très localisées, in situ et au sol. Cependant, peu d'instruments de mesures permettent d'obtenir des flux intégrés sur des distances de l'ordre de la centaine de mètres à quelques kilomètres, c'est-à-dire des distances correspondant à la représentativité des pixels des images satellitaires. On compte parmi eux les scintillomètres, instrument de mesure optique, permettant de calculer les flux intégrés de chaleur sensible à partir des mesures de paramètres caractérisant l'intensité turbulente de l'atmosphère tels que le paramètre de structure de l'indice de réfraction de l'air Cn . La présence de vapeur d'eau dans l'atmosphère peut cependant perturber le signal de ces instruments. L'objectif de ce travail est le développement et la mise en oeuvre d'un scintillomètre optique permettant de mettre en évidence la contribution de l'absorption par la vapeur d'eau sur les scintillations. Les études menées à partir du développement instrumental ne s'orienteront qu'autour de la bande d'absorption à 940nm, longueur d'onde d'émission de certains scintillomètres LAS (Large Aperture Scintillometer). Au début de ma thèse, un prototype de scintillomètre, type LAS, a été conçu de façon à maitriser complètement la technologie : partie optique électronique et le traitement du signal reçu. Celui-ci a ensuite été installé au-dessus d'un site de cultures dans les environs de Toulouse, au cours des années 2007 et 2008. Les résultats obtenus avec ce prototype ont permis d'optimiser le choix de la méthode de calcul H à partir du Cn , en fonction du rapport de Bowen (rapport du flux de chaleur sensible sur le flux de chaleur latente). Les variations de l'intensité lumineuse de l'onde, menant au Cn , sont principalement dues à des effets de réfraction et de dispersion, maissont aussi sensibles à l'absorption de la vapeur d'eau. Afin de quantifier l'influence de 'absorption sur le signal Cn , j'ai utilisé 2 approches : une première approche par filtrage numérique ( Gabor Transform'), et une seconde, par méthode chromatique. Cette dernière a nécessité de modifier considérablement le système optique du prototype LAS. Les résultats obtenus expérimentalement montrent que la contribution de l'absorption à la mesure du Cn est en moyenne assez faible, mais qu'elle peut prendre de forte valeur, principalement lors de faibles flux H. La quantification de l'absorption par méthode hromatique est pour l'instant limité au développement technique de l'instrument.Atmosphere, soil and vegetation are in interactions by the bias of energetic or matter exchanges. This latters have an important impact on hydrology, ecology, meteorology. Actually, they represent the boundary conditions of the Earth-Atmosphere system. Then, the quantification of these exchanges or fluxes is necessary to understand large scales phenomena and to improve forecasting models. Numerous devices are able to quantify these fluxes at local scales, but few are available to measure them over kilometres, which mean at the resolution of remote sensing datas. Amongst them, we can notice the scintillometers that are able to calculate sensible heat fluxes over distances from hundred meters to few kilometres. Actually, these devices are sensitive to variations of the refractive index of air, mainly due to turbulent eddies, defined by the structure parameter of refractive index : Cn . However, this measurement can be altered by the presence of water vapour in the air. Thus, the aim of this work is to design and make a scintillometer which is able to quantify the water vapour contribution on the Cn measurement. In this thesis, we will focus on this contribution in the 940nm band which is the wavelength of various scintillometers LAS (Large Aperture Scintillometers). At the beginning of my PhD thesis, un scintillometer prototype has been realised in order to master the technology : optics, electronics, signal processing This latter has been set up over crops at a few kilometres from Toulouse, between 2007 and 2008. Thanks to the results of this scintillometer, we optimize the choice on the Cn to H algorithm, according to the Bowen ratio ß (ratio of sensible to latent heat flux). Variations of the light beam, leading to the Cn , are mainly due to refraction and dispersion effect. However, absorption can be important. In order to quantify the contribution of absorption on the Cn , 2 methods are suggested : one based on signal processing aspect (Gabor filtering), and the second one on two wavelengths propagation. To realize this latter the optics and electronics of the device have been really modified. Results show that absorption contribution is small, but can be important for low H values. Finally, the quantification of absorption by two wavelengths approach is nowadays bounded to instrumental development.TOULOUSE-INP (315552154) / SudocSudocFranceF

In-situ start and end of growing season dates of major European crop types from France and Bulgaria at a field level

Crop phenology data offer crucial information for crop yield estimation, agricultural management, and assessment of agroecosystems. Such information becomes more important in the context of increasing year-to-year climatic variability. The dataset provides in-situ crop phenology data (first leaves emergence and harvest date) of major European crops (wheat, corn, sunflower, rapeseed) from seventeen field study sites in Bulgaria and two in France. Additional information such as the sowing date, area of each site, coordinates, method and equipment used for phenophase data estimation, and photos of the France sites are also provided. The georeferenced ground-truth dataset provides a solid base for a better understanding of crop growth and can be used to validate the retrieval of phenological stages from remote sensing data.This publication is the result of the Action CA17134 SENSECO (Opticalsynergies for spatiotemporal sensing of scalable ecophysiological traits) funded by COST (European Cooperation in Science and Technology, www.cost.eu, accessed on March 17, 2023). We thank Tiphaine Tallec for the in-situ data of the French sites, mainly funded by the Institut National des Sciences de l'Univers (INSU) through the ICOS ERIC and the OSR SW observatory (https://osr.cesbio.cnrs.fr/). Facilities and staff are funded and supported by the Observatory Midi-Pyrenean, the University Paul Sabatier of Toulouse 3, CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique), CNES (Centre National d'Etude Spatial) and IRD (Institut de Recherche pour le Développement). We further thank Dessislava Ganeva for the in-situ data of the Bulgarian sites. SB was by partially supported by Generalitat Valenciana SEJIGENT program (SEJIGENT/2021/001) and European Union NextGenerationEU (ZAMBRANO 21-04)

In-situ start and end of growing season dates of major European crop types from France and Bulgaria at a field level

Crop phenology data offer crucial information for crop yield estimation, agricultural management, and assessment of agroecosystems. Such information becomes more important in the context of increasing year-to-year climatic variability. The dataset provides in-situ crop phenology data (first leaves emergence and harvest date) of major European crops (wheat, corn, sunflower, rapeseed) from seventeen field study sites in Bulgaria and two in France. Additional information such as the sowing date, area of each site, coordinates, method and equipment used for phenophase data estimation, and photos of the France sites are also provided. The georeferenced ground-truth dataset provides a solid base for a better understanding of crop growth and can be used to validate the retrieval of phenological stages from remote sensing data

Modelling LAI at a regional scale with ISBA-A-gs: comparison with satellite-derived LAI over southwestern France

International audienceA CO2-responsive land surface model (the ISBAA- gs model of M´et´eo-France) is used to simulate photosynthesis and Leaf Area Index (LAI) in southwestern France for a 3-year period (2001–2003). A domain of about 170 000 km2 is covered at a spatial resolution of 8 km. The capability of ISBA-A-gs to reproduce the seasonal and the interannual variability of LAI at a regional scale, is assessed with satellite-derived LAI products. One originates from the CYCLOPES programme using SPOT/VEGETATION data, and two products are based on MODIS data. The comparison reveals discrepancies between the satellite LAI estimates and between satellite and simulated LAI values, both in their intensity and in the timing of the leaf onset. The model simulates higher LAI values for the C3 crops than the satellite observations, which may be due to a saturation effect within the satellite signal or to uncertainties in model parameters. The simulated leaf onset presents a significant delay for C3 crops and mountainous grasslands. In-situ observations at a mid-altitude grassland site show that the generic temperature response of photosynthesis used in the model is not appropriate for plants adapted to the cold climatic conditions of the mountainous areas. This study demonstrates the potential of LAI remote sensing products for identifying and locating models' shortcomings at a regional scale

RÔLE DE L'OCCUPATION DU SOL VIS À VIS DE LA MODÉLISATION DES FLUX ENERGÉTIQUES ET HYDRIQUES EN MILIEU URBAIN ET PÉRIURBAIN

National audienceLe projet Rosenhy vise à étudier l’impact de l’occupation du sol sur la modélisation météorologique et hydrologique en termes de flux énergétiques et hydriques, en milieu urbain et périurbain. Trois sites appartenant aux observatoires français OTHU et ONEVU sont au centre de ce projet. Le quartier urbain hétérogène du Pin sec (Nantes), imperméabilisé à environ 45%, a fait l’objet d’une campagne expérimentale durant le mois de juin 2012, visant à estimer les flux de chaleur sensible et latente avec une haute résolution spatiale et temporelle par rapport aux mesures réalisées en continu sur ce site depuis 5 ans. Deux bassins versant périurbains (La Chézine à Nantes et l’Yzeron à Lyon), avec un taux d’imperméabilisation moins important (environ 10%) mais grandissant depuis plusieurs décennies, sont aussi étudiés. Ces deux derniers sites bénéficient d’un suivi hydrométéorologique depuis 10 ans pour la Chézine et 15 ans pour l’Yzeron. Sur ces trois sites, différentes sources de données d’occupation du sol à différentes résolutions sont disponibles :différentes bases de données géographiques communément utilisées par la communauté scientifique et les collectivités et des données télédétectées (multispectrales et hyperspectrales). L’utilisation de ces données en entrée de différents modèles météorologiques et hydrologiques implique un travail d’analyse et de classification pour adapter les informations aux besoins des modèles. Dans ce projet, les différents modèles adaptés au milieu urbain ou périrubain sont évalués et améliorés. Ainsi, les modèles hydrologiques périrubains sont en développement pour prendre en compte les différentes pratiques de gestion des eaux pluviales existantes (noues, toitures végétalisées, ...). L’utilisation conjointe des données simulées par les différents modèles aidera à déterminer le rôle de la part des surfaces naturelles et artificielles sur les bilans énergétique et hydrique en milieu plus ou moins urbanisé. Le milieu périurbain étant en évolution, le projet s’intéressera aussi à des scénarios d’urbanisation prospectifs en regardant d’une part l’impact de la densification sur les scénarios construits pour l’Yzeron lors du projet AVuPUR (ANR-VMCS, 2008-2011) et d’autre part, en réfléchissant conjointement avec Nantes Métropole, aux possibles voies d’évolution sur le bassin de la Chézine

A relaxed eddy accumulator for surface flux measurements on ground-based platforms and aboard research vessels

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6 years time-series of estimation and validation of land surface temperature from Landsat 5 & 7 archive on 3 plots of south-west of France

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Comparison of pollution events during the ESCOMPTE 2001 campaign: sea-breeze and synoptic wind conditions

(août 2004)The ESCOMPTE experiment was dedicated to the study of pollution events. A brief description of this program is presented in the companion paper (Moppert et al.) which is devoted to the description of the thermodynamic environment including the vertical structure of the low troposphere, during an intensive observation period (IOP2). A few results are first recalled here. This latter paper focuses on the difference between the first two days (2001 June 22 and 23: IOP2a) when the Mistral mesoscale wind is blowing and the three following days (2001 June 24 to 26 : IOP2b) when sea-breeze conditions and a weak wind are encountered. The boundary layer (BL) development is typical of a sunny summer day on June 22 only, reaching heights (zi) of 1900m in the early afternoon. The advection of colder air from sea limits the BL development that hardly reaches 1000m during IOP2b. A mesoscale effect due to the high pressure situation induces downward mesoscale vertical velocities that stem the BL growth. On June 23, a negative mesoscale velocity, not explained yet, also prevents the BL from growing until 15 UTC. One location in the ESCOMPTE area does not follow these general features : it is the entrance of the Durance valley, to the North-East of the domain, where the valley wind added to the Ventury effect enhances high development of BL (up to 2500m). To study the possibilities of transfers of pollution between the BL and the staggered layers capping the BL, a preliminary analysis is made using June 24 ozone profiles, as tracers of the various air masses. Except for the case of the Durance valley, the transfers are, most of the time, limited to a few number of cases and to a small depth in the low troposphere, due to the weakness of the BL developments

Study of the boundary layer: the 23th of june 2001 (IOP 2a) comparisons between data from model-aircraft-profilers network. The methodology

(janvier)

Le monde de l'humidité des sols

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