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Implementation of a satellite-based prognostic daily surface albedo depending on soil wetness : impact study in SURFEX modelling platform over France

Liu, Siliang (2014) Implementation of a satellite-based prognostic daily surface albedo depending on soil wetness : impact study in SURFEX modelling platform over France. (Développement d'un albédo de surface journalier dépendant de l'humidité du sol: étude d'impact dans la plateforme de modélisation SURFEX sur la France.)

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Résumé

L'objectif de la thèse est de développer un albédo de surface journalier pronostique dans les modèles météorologiques et d’évaluer son impact pour le bilan d'énergie et l'hydrologie dans la plate-forme de modélisation SURFEX sur le domaine France. En premier lieu, un albédo climatologique est à ce jour considéré dans SURFEX. Il est analysé dans cette étude par rapport aux albédos quotidiens de SEVIRI et MODIS dont ce dernier est obtenu à partir d'une méthode originale que l'on valide. Ensuite, une méthode est développée pour obtenir des albédos du sol et de la végétation de façon séparée à la fois statiquement, donc sur une base climatologique, puis dynamiquement en s'appuyant sur plusieurs années de données du satellite MODIS. Une fois réglé l'albédo du sol journalier, il est recherché une calibration avec l'humidité du sol nu à l'aide des données du réseau de stations sol SMOSMANIA du sud-ouest de la France. Il est montré que l'on peut prédire l'évolution de l'albédo de surface, par comparaison avec les observations spatiales avec l'humidité seule dans la limite d'une végétation faiblement couvrante. Cet albédo simulé est complété par celui de la végétation seule à partir d'une paramétrisation simplifiée du code de transfert radiatif PROSAIL. L'approche théorique est validée avec les données du site de Majadas pour lequel on montre que l'on sait simuler le cycle d'évolution de l'albédo total avec prise en compte de la chlorophylle au niveau de la feuille. En dernier lieu, il a été réalisé une étude d'impact du nouveau albédo évolutif sur le bilan d'énergie et l'hydrologie dans SURFEX sur la France. Il est aussi mis en place une assimilation de l'albédo conjointement avec l'indice foliaire et l'humidité superficielle, ce qui a des effets positifs pour le cas des végétations qui ne sont pas trop denses. ABSTRACT : The main objective of the thesis is to develop a prognostic surface albedo of the visible spectrum and near infrared and assess its impact on the energy balance and hydrology in the modelling platform of SURFEX. First, a statistical approach has generated a global climate albedo product at 0.05 ° for bare soil and vegetation using multiple years 8 -day MODIS onboard TERRA and AQUA satellites heliosynchronous data. Then, an original method has been developed to reduce temporal resolution of MODIS 500m albedo to daily. The result is validated against in situ measurements as well as daily albedo from geostationary satellite MSG / SEVIRI Land SAF project after projection of MODIS. Then a method of separating albedo of bare soil and vegetation is applied to the datasets of the two satellite systems. Using a threshold of vegetation cover, a calibration of the albedo bare soil with measured soil moisture is derived from 2007 to 2010 for 12 SMOSMANIA stations over southwestern France. We derived a parameterization of the albedo of bare soil with moisture to make the climate changing albedo. The albedo and simulated happens to be very well correlated with observations from space, which helps to explain the albedo variations at very short notice. To change seasonally albedo, a simple parameterization of canopy albedo derived from detailed radiative transfer code PROSAIL is used. The variables are the albedo of the sheet, canopy geometry and chlorophyll content. In order to be sensitive to chlorophyll, the study is based on an albedo at 560 nm. The theoretical approach is validated with MODIS satellite data for the site Majadas (Spain). The next step is to conduct an impact study of this new predictive albedo on the energy balance and hydrology within SURFEX over France and highlighting effects on temperature. More preliminary restricted to a SMOSMANIA station, an assimilation scheme is developed for surface albedo together with the leaf area index LAI and surface moisture. This effects an improvement in the prescribed LAI at the beginning of crop growth.

Département ou laboratoire:Centre National de Recherches Météorologiques - CNRM (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Roujean, Jean-Louis
Mots-clés:Albédo - Impact - Schéma de Surface - Végétation - Sol - France. KEYWORDS : Albedo - Impact - Surface scheme - Vegetation - Soil - France
Sujets:Atmosphère - Océan > Modélisation
Atmosphère - Océan > Observation
Atmosphère - Océan > Météorologie
Déposé le:02 Décembre 2014

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