Complémentarité et représentativité des observations atmosphériques effectuées par instrumentation active et passive sur les nouvelles plates-formes spatiales

One of the important objectives of the current climate research programs is the understanding of the impacts of clouds and aerosols on the global radiation budget. Indeed, clouds and aerosols have a significant influence on the Earth?s radiative balance and induce various climatic feedbacks that are still not enough known. The spatial heterogeneity of cloud structures and their microphysical properties significantly contribute to the modulation of the earth energy budget. Moreover, the surface longwave flux distribution is very sensitive to both the geometrical structures and altitudes of clouds. A first objective to improve existing climatic models is then to have a knowledge about the tri-dimensional distribution of cloud layers. Futhermore, spaceborne backscatter lidar systems allow new insights on the vertical distribution of aerosols. Second objective of this study is to improve the retrieval of aerosols properties over land, where retrievals from passive sensors are known to be more difficult due to surface contribution. To fullfile the first objective, I have applied and adapted an algorithm to assess the probability density function (PDF) of cloud layer top heights from GLAS (Geoscience Laser Altimeter System, NASA) and LITE Lidar (In-space Technology Experiment, NASA, 1994) profiles. The methodology is first explained and results based on all the GLAS and LITE data are presented and discussed. This method is validated by a sensibility study. Then, the synergy between active and passive measurements can lead to significant improvement of the lidar inversion. To answer the second objective, we present in the following of this work the potential of using the coupling between a spaceborne lidar (LITE) and a geostationary satellite (Meteosat-5) to retrieve the aerosol optical properties over both ocean and continent, with a focus on African dust. Therefore, a retrieval algorithm has been implemented. Results and validation of the method are presented. The error on the dust radiative impact has been assessed for this synergy, and by using the simultaneous data sets derived from other space-borne passive and active instruments.Un des objectifs majeurs des programmes de recherches actuels est de comprendre quel est l'impact des nuages et des aérosols au sein du bilan radiatif global. En effet, les nuages et les aérosols ont une influence significative sur la balance radiative terrestre, et induisent des réponses climatiques diverses qui ne sont pas encore pleinement connues. L'hétérogénéité spatiale des structures nuageuses et de leurs propriétés microphysiques, contribue de manière significative à la modulation du budget énergétique terrestre. Les flux radiatifs pris à la surface sont très sensibles à la structure éométrique de ces nuages, ainsi qu'à leur altitude. Un des premiers objectifs afin d'améliorer les modèles climatiques existant, est donc d'acquérir une meilleur connaissance sur la distribution tri- dimensionnelle des structures nuageuses. Les systèmes spatiaux comportant des instrumentations lidar nous apportent aujourd'hui de nouvelles informations sur la distribution verticale des aérosols. Notre second objectif est donc d'améliorer l'obtention des propriétés des aérosols au dessus des surfaces continentales, lieu ou l'obtention de résultat via les systèmes de détection passif sont connus pour être difficiles du fait de la contribution radiative de la surface. Afin de remplir le premier objectif, nous avons appliqué et adapté un algorithme nous permettant d'estimer la fonction de densité de probabilité du sommet des structures nuageuses, à partir des profils lidar fournis par la mission satellite GLAS (Geoscience Laser Altimeter System, NASA) et la mission LITE (In-space Technology Experiment, NASA, 1994). La méthodologie utilisée est dans un premier temps expliquée. Les résultats obtenus grâce à l'utilisation des données GLAS et LITE sont présentés et discutés. La validation de cette méthode du point de vue de ses performances est ensuite effectuée grâce à une étude de sensibilité. La synergie entre les mesures des instruments passifs et actifs peut amener à des améliorations significatives de l'inversion lidar. Dans le but de remplir notre second objectif, nous présentons alors dans la suite de ce travail le potentiel apporté par l'utilisation du couplage entre un lidar spatial (LITE en l'occurrence) et un satellite géostationnaire (Meteosat-5) afin de retrouver les propriétés optiques de l'aérosol au dessus des océans et des continents, dans le cas particulier des poussières désertiques Africaines. Pour ce faire, un algorithme a été implémenté. Les résultats fournis par cette méthode sont présentés. Les erreurs faites sur l'estimation de l'impact radiatif de l'aérosol sont estimées pour cette synergie, mais aussi dans le cas des autres synergies possibles pouvant allier les instruments de télédétection actifs et passifs, embarqués à bord des satellites actuellement en orbite