Variabilité du rayonnement atmosphérique et du bilan d'énergie de surface au niveau du supersite de sodankylä (finlande) // atmospheric radiation and surface energy balance variability at the sodankylä supersite (finland)

Topic description

Les rayonnements solaire et tellurique sont très variables en Arctique (Meloni et al., ). Ils constituent un élément clé des processus de rétroaction à l'origine de l'amplification arctique (Previdi et al., ). Géré par l'Institut météorologique finlandais et situé au-delà du cercle polaire arctique (67°25'N ; 26°35'E), le Supersite de Sodankylä est un lieu unique pour surveiller et étudier la variabilité du rayonnement atmosphérique et des flux d'énergie dans un environnement hétérogène. Ce site est équipé d'un réseau de tours météorologiques et d'instruments au sol pour la surveillance de l'atmosphère, de la cryosphère, de la canopée et du sol. Il sert de site d'étalonnage et de validation pour plusieurs produits satellitaires. L'analyse de nouveaux jeux de données recueillies lors de périodes d'observation intensives et de mesures régulières de long terme, tant à la surface que dans la couche limite, améliorera notre compréhension du bilan énergétique de la surface et de l'hétérogénéité de l'albédo de la surface. Ces données seront également très utiles pour l'étalonnage des satellites et pour la validation des schémas de surface des modèles.

La campagne IMPECCABLE (IMPact on the Energy budget of mixed-phase Clouds and Canopy in the Arctic Boundary LayEr), organisée à Sodankylä d'octobre à mai, visait à étudier l'influence des nuages de phase mixte et de la canopée sur le bilan énergétique de surface, notamment lors de la formation de couches limites arctiques continentales très stables. Des profileurs (radar et lidar) et des radiomètres ont été déployés. Ils complètent les mâts météorologiques instrumentés à plusieurs niveaux, ainsi que les mesures de la couverture neigeuse et de la température au sol. Ces observations permettent de fermer le bilan énergétique de surface et de discuter de sa variabilité en relation avec la stabilité de la couche limite (Maillard et al., ). La variabilité temporelle de la composante radiative du bilan énergétique de surface sera discutée en fonction de la situation météorologique et de la présence de nuages. La variabilité spatiale du rayonnement infrarouge ascendant sera étudiée en s'appuyant sur les observations satellitaires et sur les mesures du Tiny Autonomous Portable Infrared Radiometer (TAPIR) embarqué à bord d'un drone aérien pendant la campagne.

Au printemps (mars-mai), l'éclairement solaire est important et la couverture neigeuse très variable. Par conséquent, le bilan radiatif de surface sur le Supersite de Sodankylä est fortement contrôlé par l'albédo de surface, qui se caractérise par une grande variabilité spatiale et des contrastes marqués entre les zones ouvertes et les forêts clairsemées ou denses. La variabilité spatiale de l'albédo de surface sera évaluée par l'analyse conjointe des observations in situ effectuées à l'intérieur, à l'extérieur et au-dessus de la canopée et des observations par drone réalisées au cours des printemps et. L'évaluation portera sur les zones correspondant à l'empreinte au sol (10- m) des satellites Sentinel2/3 (ESA) et Landsat (NASA) et visera également à caractériser l'albédo des tuiles (types de surface) utilisé dans les modèles numériques de prévision météorologique. De nouvelles observations par drone du facteur de réflectance directionnelle hémisphérique (HDRF) seront utilisées pour améliorer la validation des produits d'albédo satellitaires. En collaboration avec le Dr Kokhanovsky, l'albédo spectral de la neige mesuré avec le spectro-albédomètre à double sphère SVC-FMI à haute résolution temporelle et spectrale sera analysé avec les observations détaillées de la neige effectuées régulièrement (Leppänen et al., ) afin de développer et de valider les méthodes de traitement des mesures de télédétection dans le cadre du projet «Hyperspectral remote sensing of polar regions using EnMAP (HYPERBOLE)» financé par la Deustche Forschung Gemeinschaft (-).
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Solar and terrestrial radiation are highly variable in the Arctic (Meloni et al., ). They are
a key element in the feedback processes that cause Arctic amplification (Previdi et al., ).
Managed by the Finnish Meteorological Institute and located above the Arctic Circle
(67°25'N; 26°35'E), the Sodankylä Supersite is a unique location for monitoring and studying
the variability of atmospheric radiation and energy fluxes in a heterogeneous environment.
The site is equipped with a network of meteorological towers and ground-based instruments
for monitoring the atmosphere, cryosphere, canopy, and soil. It serves as a calibration and
validation site for several satellite products. Analysis of new datasets collected during
intensive observation periods and regular long-term measurements, both at the surface and
in the boundary layer, will improve our understanding of the surface energy balance and
the heterogeneity of surface albedo. These data will also be very useful for satellite calibration
and for validating surface schemes in models.

The IMPECCABLE campaign (IMPact on the Energy budget of mixed-phase Clouds and
Canopy in the Arctic Boundary Layer), organized in Sodankylä from October to May ,
aimed to study the influence of mixed-phase clouds and canopy on the surface energy
budget, particularly during the formation of highly stable continental Arctic boundary layers.
Profilers (radar and lidar) and radiometers were deployed. They complement the multi-level
instrumented weather masts, as well as measurements of snow cover and ground
temperature. These observations make it possible to close the surface energy budget and
discuss its variability in relation to boundary layer stability (Maillard et al., ). The temporal
variability of the radiative component of the surface energy balance will be discussed
in relation to the meteorological situation and the presence of clouds. The spatial variability
of upward infrared radiation will be studied using satellite observations and measurements
from the Tiny Autonomous Portable Infrared Radiometer (TAPIR) carried on board an
aerial drone during the campaign.

In spring (March-May), solar radiation is high and snow cover is highly variable.
Consequently, the surface radiation balance at the Sodankylä Supersite is strongly
controlled by surface albedo, which is characterized by high spatial variability and marked
contrasts between open areas and sparse or dense forests. The spatial variability of
surface albedo will be assessed through the joint analysis of in situ observations made
inside, outside, and above the canopy and drone observations made during the springs
of and. The assessment will cover areas corresponding to the ground footprint
(10- m) of the Sentinel2/3 (ESA) and Landsat (NASA) satellites and will also aim to
characterize the albedo of tiles (surface types) used in numerical weather
prediction models. New drone observations of the hemispheric directional reflectance
factor (HDRF) will be used to improve the validation of satellite albedo products.
In collaboration with Dr. Kokhanovsky, the spectral albedo of snow measured with
the high temporal and spectral resolution SVC-FMI double-sphere spectro-albedometer
will be analyzed with detailed snow observations made on a regular basis
(Leppänen et al., ) in order to develop and validate methods for processing
remote sensing measurements as part of the project “Hyperspectral remote sensing
of polar regions using EnMAP (HYPERBOLE)” funded by the Deutsche
Forschungsgemeinschaft (-).
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Début de la thèse : 01/10/

Funding category

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Funding further details

Concours pour un contrat doctoral - SU