Description

Les rayonnements solaire et tellurique sont très variables en Arctique (Meloni et al., 2024). Ils constituent un élément clé des processus de rétroaction à l'origine de l'amplification arctique (Previdi et al., 2021). 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 2022 à mai 2023, 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., 2022). 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 2023 et 2024. L'évaluation portera sur les zones correspondant à l'empreinte au sol (10-300 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., 2016) 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 (2025-2028).

Compétences requises

M2 de physique ou de sciences de l'atmosphère, ou diplôme d'ingénieur équivalent

Bibliographie

• Characterisation and surface radiative impact of Arctic low clouds from the IAOOS field experiment, Maillard J., Ravetta F., Raut J.-C., Mariage V., Pelon J. Atmospheric Chemistry and Physics, 2021

• Modulation of Boundary-Layer Stability and the Surface Energy Budget by a Local Flow in Central Alaska, Maillard J., Ravetta F., Raut J.-C., Fochesatto G., Law K. S. Boundary-Layer Meteorology, 2022
• A method to account for surface albedo heterogeneity in single-column radiative transfer calculations under overcast conditions, Pirrazini R and Raisanen P. Journal of Geophysical Research, 2008
• Effect of small-scale snow surface roughness on snow albedo and reflectance, Manninen, Terhikki; Anttila, Kati; Jääskeläinen, Emmihenna; Riihel&#228, Aku; Peltoniemi, Jouni; Räisänen, Petri; Lahtinen, Panu; Siljamo, Niilo; Thölix, Laura; Meinander, Outi; Kontu, Anna; Suokanerva, Hanne; Pirazzini, Roberta; Suomalainen, Juha; Hakala, Teemu; Kaasalainen, Sanna; Kaartinen, Harri; Kukko, Antero; Hautecoeur, Olivier; Roujean, Jean-Louis, The Cryosphere, 2021

Mots clés

Rayonnement atmosphérique, Couche limite, Arctique, Climate