Remote sensing of climate change

Enseignants

Dekemper Emmanuel;

Langue
d'enseignement

Anglais
> Facilités pour suivre le cours en français

Préalables

Connaissances de base en physique et en mathématique (niveau bachelier en sciences ou en sciences appliquées).

Thèmes abordés

Caractéristiques physico-chimiques de l'atmosphère supérieure et du transfert radiatif du rayonnement solaire ; géométries d'observation en orbite basse ; méthodes spectroscopiques au sol et en milieu spatial ; algorithmes de traitement du signal et méthodes d'inversion.

Acquis
d'apprentissage

A la fin de cette unité d’enseignement, l’étudiant est capable de :
1	a.     Contribution de l'unité d'enseignement aux acquis d'apprentissage du programme (PHYS2M et PHYS2M1) AA1: A1.1, A1.5 AA2: A2.5 b.    Acquis d'apprentissage spécifiques à l'unité d'enseignement Au terme de cette unité d'enseignement, l'étudiant.e sera capable de : 1.   décrire les mécanismes principaux déterminant la composition des gaz en trace de l'atmosphère supérieure ; 2.   comprendre les principes généraux en télédétection atmosphérique : géométrie, domaines spectraux et méthodes d'observation ; 3.   comprendre les problèmes inverses associés aux observations au sol et dans l'espace ; 4.   estimer les bilans d'erreur associés à différents modes de télédétection et définir les limitations intrinsèques de ces modes ; 5.   être capable de discerner les principes de conception et d'utilisation d'un satellite de télédétection.

Contenu

Le cours abordera les thèmes suivants:
Bilan radiatif du système terrestre

• irradiance solaire spectrale et totale: définition, observations depuis l'espace, évolution temporelle,...
• bilan radiatif terrestre: absorption et émissions, observations terrestres et depuis l'espace, évolution temporelle, ...
• transfert radiatif dans l'atmosphère: absorption et diffusion de la lumière dans l'UV, le visible, et l'infrarouge, composition  chimique de l'atmosphère
• observations des profils de pression et de température dans l'atmosphère supérieure

Principes instrumentaux pour la mesure à distance de la composition de l'atmosphère

• réseaux de diffraction
• interférométrie (Michelson, Fabry-Pérot, ...)
• filtres

Techniques de mesure de la composition de l'atmosphère depuis l'espace

• géométries d'observation: nadir, limbe, occultations solaires/stellaires, ...
• instruments d'observation du bilan radiatif terrestre
• instruments de mesure de la composition de l'atmosphère
• observation et suivi de la couche d'ozone

Composition de l'atmosphère

• l'ozone, et les perturbateurs de l'équilibre photochimique de la stratosphère
• autres gaz réactifs

Méthodes mathématiques de résolution de problèmes inverses en sciences atmosphériques

• méthodes d'inversion optimales
• régressions
• influence des erreurs instrumentales
• techniques de régularisation de la solution

Exemples et applications concrètes

• simulation des performances d'un spectromètre à réseau de diffraction
• simulation de mesures des émissions thermiques de l'atmosphère
• inversion de profils de température à partir de mesures dans l'infrarouge thermique
• inversion de la concentration de dioxide d'azote dans l'atmosphère par la méthode DOAS
• ...

Méthodes d'enseignement

Le cours sera donné principalement de façon magistrale à l'aide de slides.
Les étudiants seront régulièrement invités à se pencher sur des problèmes concrets. Plusieurs séances seront consacrées à des simulations informatiques à l'aide d'un logiciel de calcul scientifique (Matlab, octave, python,...). L'étudiant sera invité à prendre une part active dans ces exercices appliqués (chaque étudiant devra développer son propre code). Le but de ces exercices numériques est de familiariser l'étudiant au calcul scientifique numérique, et à la résolution de problèmes concrets en sciences atmosphériques.

Modes d'évaluation
des acquis des étudiants

Examen oral individuel portant sur la matière vue pendant l'année.
L'examen pourra contenir des questions de restitution de la théorie, et d'application des acquis (analyse d'une publication scientifique dans le domaine de la télédétection atmosphérique).

Faculté ou entité
en charge

PHYS