Mesures des températures depuis satellite

[yves25]

On reprend les choses à la base.

1 temperature de surface de la mer

C'est le plus simple: dans l'infrarouge, l'atmosphère n'est pas opaque à toutes les longueurs d'onde.
La figure jointe montre un spectre observé depuis l'espace par un spectroradiomètre à transformée de Fourier. Les ordonnées sont calibrées en températures de brillance, c’est léquivalent de la température de couleur pour ceux qui font de la photo.
On notera que vers 10 µm, la température est proche de 280K . C'est parce que la vapeur d'eau n'absorbe que très peu à cette longueur d'onde. On mesure donc dircectement ce qui est émis par la surface.
Comme toujours, ça n'est pas si simple qu'il y en a l'air.
1 l'atmosphère absorbe quand même un peu, il faut corriger. Un moyen simple est de faire la mesure à 2 longueurs d'ondes 10 et 11 µm par exemple (radiomètre AVHRR)
Ensuite, comme le dit Meteor dans une autre discussion: ce qu'on mesure c'est la température de la couche très mince (quelques microns) au delà de laquelle les IR sont totalement absorbés alors qu'un thermomètre est forcément plongé à, au moins qq cm.
Suivant le brassage de l'eau, la différence est plus ou moins importante. Ca dépend donc du vent mais on mesure l'état de la mer avec des scatteromètres. On peut donc corriger.
Ce genre de mesures se fait quand même depuis 50 ans et on sait assez bien relier la température mesurée depuis satellite à celle que l'on mesurerait in situ mais les corrections apportées ne sont évidemment pas parfaites.
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[yves25]

2 températures de l'air

Sur la figure du post 1. On remarque que la température de brillance baisse fortement vers 600 cm-1 (en fait 660, cad 15 µm) . C'est parce que le CO2 absorbe si fort à cette fréquence que les seuls photons qui arrivent à sortir sont émis par les très hautes couches de l'atmosphère.
En choisissant de sélectionner les fréquences on peut donc mesurer la température de brillance de couches plus ou moins élevées . Schématiquement, , on peut reptrésenter la couche sondée par idéalement un pic de Dirac, de façon déjà plus réaliste par un créneau et en fait par une courbe en cloche. Le pic de Dirac correspondrait à un cas tel que les photons seraient tous émis de la même altitude, autrement dit rien ne provient de l'atmoshère en dessous et rien n'est absorbé au dessus de la couche en question.
C'est évidemment totalement irréaliste. Des photons qui proviennenet des couches sousjacentes ne sont pas absorbés et certains sont émis ^par les couches au dessus du pic. Il en résulte donc cette courbe en cloche.
La figure ci dessous schématise cela pour trois fréquences différentes correspondant à des absorption plus ou moins fortes (la plus forte donne donc l'altitude la plus élevée).
On voit que, dans la réalité, les pics d'absorption se chevauchent.

[Archi3]

et donc, est ce qu'on peut avoir une courbe "officielle" de la température de surface des océans mesurée par les satellites, depuis qu'ils sont en activité, pour comparer à celle de l'air ?

[yves25]

As tu lu, les deux précédents posts ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Archi3]

oui, pourquoi, il y avait la réponse à ma question dedans ?

[yves25]

Peut être en arriveras tu à comprendre que ta question n'a pas tellement d'intérêt.
Sinon, tu peux rechercher ça toi même .

[yves25]

Température de surface de la mer et températures de l'air, ce sont deux quantités différentes .
Le post 2 permet de comprendre qu'on ne mesure pas la température de l'air à la surface de la mer mais à une altitude plus ou moins grande.
Les deux quantités sont donc différentes à la fois intrinsèquement et dans la méthode de mesure.

[yves25]

3 Les sondeurs en fonctionnement


AMSU
La première question qui se pose consiste à relier le pic d'émission à l'altitude. On comprend que si on utilise un gaz dont la concentration varie fortement dans le temps et dans l'espace, la mesure n'a plus aucun sens. On utilise donc des gaz dont la concentration reste constante en fonction de l'altitude , du lieu et du temps. Historiquement, les premiers sondeurs utilisaient la bande 15 µm du CO2 (HIRS) mais la mesure était impossible dans les cas nuageux. On a alors utilisé la bande d'absorption de l'oxygène vers 60 Ghz.
Le premier sondeur de ce type MSU (pour Microwave Sounding Unit) comportait 4 canaux d'absorption plus ou moins forte. Le sondeur AMSU en service depuis 1998 a 15 canaux .

[arbanais83]

Température de surface de la mer et températures de l'air, ce sont deux quantités différentes .
Le post 2 permet de comprendre qu'on ne mesure pas la température de l'air à la surface de la mer mais à une altitude plus ou moins grande.
Les deux quantités sont donc différentes à la fois intrinsèquement et dans la méthode de mesure.

Bonjour à tous.
Par contre pour étalonner comment s'y prend-t-on ?
Il faut bien réaliser une mesure de température de surface in-situ pour pouvoir faire des corrélations avec celle faites par satellite.
Hors il faudrait ne plonger le thermomètre que dans les premiers microns de la surface ce qui est impossible.
A partir de cette température de surface mesurée par satellite extrapole-t-on la mesure à quelques centimètres sous cette surface pour pouvoir la vérifier avec des instruments adéquats ? et faire les corrections et adaptations nécessaires? Ou bien a-t-on les moyens de mesurer une température de surface à partir d'un bateau et dans ce cas là quel appareil utilise-t-on ?

[yves25]

Toute mesure de température n'est qu'une mesure indirecte. Même le thermomètre: après tout ce qu'on mesure c'est une dilatation.
Ici on mesure l'intensité énergétique dans un canal spectral donné. Ce sont des W/m2/ster.
Il a donc d'abord fallu étalonner le radiomètre lui même et les canaux les uns par rapport aux autres, cad étalonner les filtres dans le cas des sondeurs traditionnels.
C'est la première étape.
Pour la température de surface de la mer
Ensuite, la méthode d'inversion consiste d'abord à corriger de l'influence de l'atmosphère
On obtient l'émission de la surface plus un terme qui correspond à la réflexion par celle ci de l'émission de l'atmosphère (
On peut dire que jusque là, tout va à peu près bien.

[Archi3]

Température de surface de la mer et températures de l'air, ce sont deux quantités différentes .
Le post 2 permet de comprendre qu'on ne mesure pas la température de l'air à la surface de la mer mais à une altitude plus ou moins grande.
Les deux quantités sont donc différentes à la fois intrinsèquement et dans la méthode de mesure.

je comprends même qu'il y a au moins TROIS sortes de température différentes : celle des bouées et sondes concernant les premiers mètres (la définition de l'épaisseur sondée est aussi d'ailleurs une question), celle des satellites concernant les premiers microns (zone d'émission des photons), et celle de l'atmosphère à différentes altitudes. Jusqu'ici je n'ai vu que des courbes des premières (utilisées pour les reconstruction des températures globales et les dernières (mesures de l'atmosphère par satellite), qui ne donnent pas la même chose dans les dernières années. Les températures de surface ("skin") ne semblent pas être pertinentes, probablement parce qu'on ne sait pas simplement les rattacher aux précédentes. Du coup on ne sait toujours pas bien à quoi Hausfather fait référence en parlant de "satellites" - peut être des données recalibrées avec d'autres données ou un truc du genre ?

[yves25]

Le pb, c'est d'éliminer la réflexion de l'atmosphère et déterminer epsilon .
Ca dépend de l'état de la mer. dans la pratique on dispose de mesures de l'état de la mer par radar à bord du même satellite . On peut donc corriger .

Ensuite, la relation entre la température de la peau de la mer et la température plus en profondeur est variable suivant le brassage . Il y a eu de très nombreuses campagnes expérimentales pour vérifier tout ca. D'abord avec des mesures in situ et depuis une bouée et un radiomètre embarqué.
De nuit, c'est assez bien établi, c'est plus délicat de jours à cause de la pénétration du rayonnement solaire et évidemment par tempêtes.

[Archi3]

donc finalement c'est quoi les "données satellites" ? des données brutes recalibrées, comparées avec les données ... qui ont servi à les recalibrer ? comme dit Meteor, l'écart très faible est quand meme surprenant vu toutes les incertitudes que tu mentionnes !

[JPL]

Attention : cette discussion a été ouverte pour apporter à ceux qui cherchent à s'informer objectivement des notions théoriques de base. Et là je vois poindre très nettement une rhétorique à tendance polémique que je connais bien. Merci donc de rester dans le questionnement et l'objectivité. Il n'est pas question que cette discussion erre une fois de plus à cause de dérives militantes.

[Archi3]

J'ai juste demandé comment était obtenue la courbe de température de surface des océans marquée "satellites" dans le graphique donné par Yves sur le fil d'actualité, qui correspond presque exactement à la courbe marquée "bouées", étant donné qu'on vient de dire qu'ils ne mesurent pas du tout la même chose (température de "peau" contre température de "volume"). Je ne vois pas où est la rhétorique.

[JPL]

donc finalement c'est quoi les "données satellites" ? des données brutes recalibrées, comparées avec les données ... qui ont servi à les recalibrer ?

La rhétorique c'est, avant toute explication d'insinuer qu'il y aurait une circularité dans la procédure. Ne nous prend pas pour des naïfs, ta question n'est pas innocente, elle est accusatoire.

[Archi3]

La rhétorique c'est, avant toute explication d'insinuer qu'il y aurait une circularité dans la procédure. Ne nous prend pas pour des naïfs, ta question n'est pas innocente, elle est accusatoire.

Il peut très bien y avoir circularité dans la procédure sans que ça ne soit un scandale ! je comprendrais tout à fait par exemple que les données satellites soient recalibrées dans les zones où on a les deux, puis étendues dans les zones où on n'a que les données satellites en utilisant la calibration obtenue (à mon avis c'est à peu près ce qui se fait, mais je peux me tromper). Dans ce cas on gagne un peu en statistique car on couvre une surface plus grande, mais si la couverture des bouées est suffisante, on ne s'attend pas non plus à un grand écart, et le voisinage des courbes se comprend assez bien. Il ne faut juste pas le présenter comme deux mesures "indépendantes", c'est tout.

[yves25]

On ne va pas s'éterniser là dessus. JPL a bien rappelé les objectifs de cette discussion.
Les mesures satellite de la SST (sea surface température) sont bien évidemment validées par comparaison à des observations in situ, voir message ci dessus en réponse à arbanais.
L'ensemble de données satellite utilisé par Hausfather (voir ma réponse dans ".. dernière news") n'est pas purement satellite

The experimental version of the CCI record is not strictly instrumentally homogeneous and is not fully independent from in situ buoy SST observations but closely matches the independent ARC SST record during the period of overlap;

Mais...
il y a 2000 bouées ARGO, alors que le pixel AVHRR de base fait 1km2 soit 3 10^8 pixels AVHRR à comparer aux 2000 bouées.
Ceci dit, la température de surface de la mer ne varie pas à l'échelle de 1 km sauf exceptions.

[yves25]

Revenons à nos moutons: mesure des températures de l'atmosphère depuis satellite
Il y a depuis 2000 un autre type de sondeur les spectroradiomètres mais on y reviendra plus tard
4 Les causes d'incertitude

Tout d'abord bien avoir en tête que la quantité qu'on cherche à déterminer n'est pas la même que la température à la surface (cad celle des données GISS, NOAA, Hadley etc )
Il s'agit de la température moyenne d'une couche de l'atmosphère dont l'épaisseur est de l'ordre de plusieurs km.
La Figure 1 présente les fonctions de poids pour
TLT = Lower Troposphere
TMT = Middle Troposphere
TTS = Troposphere/Stratosphere
TTT Tropical Troposphere

En outre, on voit que les fonctions de poids des différents produits se chevauchent, cad que la température de la moyenne troposphere par exemple est influencée par celle de la basse stratosphere

1 A ces fréquences, les nuages ne sont pas vraiment transparents, surtout les nuages précipitants.
LaFigure 2 compare les fonctions de poids par ciel clair et dans un cas nuageux , la Figure 3 montre l'influence d'un nuage sur la température déterminée par le sondeur,
2 Depuis 1978, 15 satellites se sont succédés, cad 15 instruments qu'il faut recalibrer les uns par rapport aux autres.
3 L'orbite des satellites n'est pas stable à cause du frottement de l'air, les conditions d'observation changent donc, en particulier l'heure de passage du satellite en un même point dérive lentement.. Or la température de l'atmosphère connaît un cycle diurne principalement dans la couche limite ou dans l'atmosphère libre dans les cas de convection profonde, cad tous les jours sous les tropiques.
4 Une partie du signal reçu résulte de la réflexion de l'émission de l'atmosphère par la surface. Pour l'éliminer on utilise la polarisation mais selon l'état de la mer, il reste une réflexion parasite.

Pour qu'une série de données puisse être utilisée pour le suivi du climat, la première exigence est celle de la continuité et de la comparabilité . Les températures mesurées depuis satellite sont extrêmement précieuses pour la prévision météorologique et ont fait gagner plusieurs jours de prévisibilité, an particulier dans l'hémisphère sud où il y a peu de radio sondages mais en météo on ne compare pas la température d'aujourd'hui à celle d'il y a 30 ans . Par contre en climat, on n'a pas besoin de la résolution spatiale des données satellite (qq dizaines de km2) . Les besoins ne sont pas les mêmes. Les observations satellite des températures n'ont pas été développées pour le climat mais pour la météo.

[Cendres]

Pour l'éliminer on utilise la polarisation mais selon l'état de la mer, il reste une réflexion parasite.

J'imagine que l'on sait l'éliminer ?

[Cendres]

Les observations satellite des températures n'ont pas été développées pour le climat mais pour la météo.

Est-ce à dire que lorsque l'on utilise lesdites mesures pour s'exprimer sur le changement climatique, on fait la confusion habituelle météo/climat ?

[yves25]

J'imagine que l'on sait l'éliminer ?

Jamais parfaitement bien sûr. Comme je disais, il y a, à bord des mêmes satellites des scatterometres ou diffusometres plus exactement en Français. En gros, c'est un radar qui permet de déterminer la hauteur des vagues . L'idée de la mesure en polarisation, c'est d'utiliser l'incidence de Brewster mais ça ça marche bien sur une surface plane, sinon, on corrige jusqu'à un certain point.Mais, en fait, tout dépend de l'objectif recherché: si c'est du climat, on peut se contenter de ne pas utiliser les données de ces jours là. Ceci dit pour les 40e rugissants, ça peut finir par poser pb.
Pour la météo, c'est tout autre chose, on a besoin de la température de surface de la mer partout mais si la donnée n'est pas bonne, la procédure d'assimilation du modèle de prévision se charge d'éliminer la donnée et d'interpoler .

Pour ta 2e question:
Non, il ne s'agit pas de ça mais de l'adéquation de la méthode au but poursuivi : pour le climat, il faut absolument pouvoir comparer dans le temps , pour la météo, ça serait plutôt comparer dans l'espace

[Cendres]

Mais...
il y a 2000 bouées ARGO, alors que le pixel AVHRR de base fait 1km2 soit 3 10^8 pixels AVHRR à comparer aux 2000 bouées.
Ceci dit, la température de surface de la mer ne varie pas à l'échelle de 1 km sauf exceptions.

Sont-ce les mêmes bouées ? http://www.ouest-france.fr/bretagne/...oceans-3289292

Ici, on annonce 3900...

[arbanais83]

Bon avant de reprendre et peut-être dire des conneries, j'aimerai être sur du but de la manœuvre.
Tout d'abord en mesurant la température de surface de l'eau les premiers microns, le but c'est quoi :
En déduire après calculs et corrections diverses la température des premiers cm/dm de la couche d'eau à la surface de l'océan ?
En déduire après calculs et corrections diverses la température des premiers cm/dm de la couche d'air au dessus de l'océan ?

Là je vais peut-être dire une connerie mais si j'ai bien compris j'opterais pour ma première hypothèse.

[yves25]

Non, c'est pas une connerie. Déduire la température de l'air à partir de la température de la mer on peut essayer avec un modèle de couche de surface etc... mais alors mieux vaudrait ne pas trop parler de précision. Non, c'est bien la température de l'océan qui importe mais là encore tout dépend ce qu'on veut en faire.
Si l'objectif est par exemple de prévoir un El Nino, alors on a besoin de la température de l'eau (et même d'ailleurs on a besoin du profil de température mais ça bien sûr on ne l'a que via les bouées cas par ci par là), si l'objectif est de faire de la prévision météo alors la données SST en soi est suffisante pour le flux infrarouge alors qu'il faudrait plutôt les premiers cm pour le flux de chaleur latente mais ça doit marcher quand même. Si il s'agit de voir comment varie l'indicateur qu'on appelle la température globale de la planète, alors peu importe puisqu'on l'a défini ainsi
températures à 2m au dessus des continents, SST au dessus des océans.
Le tout est d'avoir un ensemble homogène et bien sûr de garder la même définition de l'indicateur.

[yves25]

Sont-ce les mêmes bouées ? http://www.ouest-france.fr/bretagne/...oceans-3289292

Ici, on annonce 3900...

Oui, tu as raison, j'ai un peu de retard. Ca change quand même pas grand chose quant au rapport pixels satellite, bouées

[yves25]

Pour le moment, les questions portent sur la SST, je pensais qu'il y avait plus de pbs avec la température de l'atmosphère.
C'est clair pour tout le monde?

[Cendres]

C'est clair pour tout le monde?

C'est quoi, l'incidence de Brewster ?

[yves25]

L'incidence sous laquelle l'onde réfléchie est totalement polarisée perpendiculairement au plan d'incidence. La composante parallèle est éteinte, il y a donc nécessairement moins de rayonnement réfléchi sous cette incidence (50%)

[Cendres]

Et en ce qui concerne les différents types de nuages orageux, y compris des MCC ou des Derecho, les différents types d'éclairs ont quel type d'influence ?