Étalonnage - validation en vol de MADRAS et SAPHIR. Lien entre le fonctionnement des instruments et l utilisation des mesures

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1 Étalonnage - validation en vol de MADRAS et SAPHIR Lien entre le fonctionnement des instruments et l utilisation des mesures

2 Enjeux de l étalonnage en vol et validation Objectif : assurer la précision des variables restituées en accord avec les spécifications Avant lancement : analyse des performances instrumentales par mesures et tests dédiés Après lancement : contrôle des mesures de Tb pour assurer le bon fonctionnement de méthodes d inversion (statistique, par assimilation, )

3 Spécificités de Madras et Saphir Madras: Balayage conique (même angle d incidence, 2 polarisations) Canaux 18, 24, 37 GHz même tache au sol Canaux 89 et 157 localisation différente Canal 157 H&V original Saphir: Balayage transversal (polarisation variant avec incidence, dimension tache au sol croissante) Pas d instrument identique (6 canaux dans la bande GHz)

4 Les erreurs d étalonnage!!! " # $ % & % ' # ( )% * %! "

5 Exemples de problèmes Erreur de positionnement du centre des taches au sol Biais différents suivant la position dans la fauchée Après lancement, gain très différent des estimations obtenues au cours des tests au sol Biais anormalement différent selon canal (par rapport à simulations, ou autres instruments) Biais sur Tbs différents à faible et forte température Dérive progressive ou brutale du gain d un canal Effet perturbateur des terres plus loin dans un canal qu un autre (basses fréquences Madras)

6 Aspects spécifiques à Madras et Saphir MADRAS similaire à SSMI, mais pas de mesure à haute latitude: Contrôle de l étalonnage absolu et de la dérive? Fauchée large : perturbations du signal (champ de vue secondaire)? Stabilité du pointage pour combinaison avec autres instruments (Saphir, géostationnaires) Étalonnage du canal 157 GHz? SAPHIR: Pas de contraste terre-mer (sauf canal 6?) : vérification du pointage? Bruit sur les mesures différent selon canaux

7 Surveillance après lancement Suivi du fonctionnement instrumental (paramètres internes), du pointage Suivi des Tbs sur cibles naturelles chaudes (forêts tropicales) et froides (océan, mais où à ces latitudes?) pour les canaux basse fréquence. Comparaison des Tbs selon position dans le scan (homogénéité)

8 Évaluation de l étalonnage en vol Comparaison des Tbs avec des Tbs simulées (par ex. utilisation analyses CEPMMT / à travers l assimilation ou non) Comparaison des Tbs avec Tbs d instruments comparables Calcul de l émissivité de surface sur terre pour affiner la comparaison entre canaux Comparaison des Tbs selon distance aux masses continentales Correction du gain, des biais divers (haute / basse Tb, selon position dans le scan)

9 Lobes secondaires, anomalies dans la fauchée Causes: incertitudes sur contributions (terre, plateforme, ) dans le scan Dissymétrie entre côtés de fauchée AMSU (Mo, 1999,Goldberg and Crossby, 2004) Anomalies dans le scan TMI (Wentz et al, 2001) Erreur totale peut atteindre plusieurs K! Correction empirique ou par modélisation ~1K Détection par comparaison entre instruments, (SSMI, AMSR, ), avec simulations (assimilation, simulations dédiées) Affinement par estimation de l émissivité de surface (forêt tropicale, notamment) AMSUA canal 2

10 Etalonnage absolu et dérive Globalement radiomètres très stables dans le temps TMR: analyse détaillée de dérive Dérive sur dh identifiée à la fin des 90s Tendance sur canal 18 GHz channel estimée à.2k/year (Ruf et al, 2000, Scharroo et al, 2004, Eymard et al, 2005, ) Stabilité des autres canaux Dérive maximale à basse température (utilisation des points les plus froids sur océan) Correction empirique (fonction de température et temps) appliquée à Tb Problèmes imprévus : Charge chaude sur AMSR (/E) Pb de isolant (MLI) sur réflecteur et de charge chaude dans cas de TMI (biais ~ 11K par rapport à SSM/I Wentz et al, 2001) Anomalie sur récepteur radiomètre ERS2 (chute de gain brutale de 10dB + dérive)

11 Idéalement : contrôle de l étalonnage absolu par analyse dans toute la gamme - surtout aux extrêmes de Tb Océan froid : intéressant car beaucoup d erreurs d étalonnage maximales à basse température. Mais pas d océan froid dans les tropiques! Cible chaude : forêts tropicales proches de corps noir (environ 1K variation entre canaux SSMI H/V, pas de variation significative avec fréquence et angle d incidence), pas de cycle annuel notable Mais cycle diurne (température de surface, atmosphère?)!"#$%"&'!()&!*+)

12 Contrôle / ajustement de l étalonnage (en pratique) Intercomparaison avec instruments similaires sur cibles connues (forêts) (SSMI, AMSUB) Comparaison avec simulations (outils assimilation, simulations dédiées sur analyses CEPMMT (océan): Entre instruments (canaux proches) Entre canaux de différentes fréquences Correction de l étalonnage (modification fonction de transfert ou correction empirique Tb)

13 Validation Ajustement des biais sur gain ou Tbs pour accord avec modèle de TR utilisé pour inversion des données Calcul de «produits» standard précis : vent, vapeur d eau intégrée (océan) Comparaison avec mesures in situ (radiosondages, mesures bouées et bateau en plein océan) Comparaison avec mêmes produits d autres satellites (SSMI- S, ) Si nécessaire, retour sur étalonnage Apport méthodes statistiques pour analyser l homogéité dans l espace et le temps (Trenberth et al (2005), Simpson et al (2001) pour NVAP, ERA40 reanalyses! +,,-