Simulation de la rétrodiffusion de la calotte polaire Antarctique observée par un altimètre radar

1. Simulation de la rétrodiffusion de la calotte polaire Antarctique observée par un altimètre radar Pascal Lacroix², Monique Dechambre¹, Benoit Legrésy², Frédérique Rémy² ¹Centre d’Etude des Environements Planétaire et Terrestre (CETP), Vélizy ²Laboratoire d’Etude en Géophysique et Océanographie Spatiale (LEGOS), Toulouse

2. Introduction Problématique: connaître taux d’accumulation actuels et anciens sur le plateau afin de mieux comprendre la dynamique du continent. • Connaissance relief de l’Antarctique • Mauvaise connaissance des caractéristiques du sous-sol. • (densité, taille grains de neige, taux d’accumulation) • Les données bifréquences à 3.2 et 13.6GHz de l’altimètre d’Envisat pénètrent le manteau neigeux respectivement à 100 et 10m. • Idée de ce travail: regarder l’information que nous apporte cet altimètre sur la stratification.

3. Modélisation du manteau neigeux Fig2. Coupe verticale du manteau neigeux Fig3. Modèle de manteau neigeux Hypothèses: diffusion simple changements de densité entre couches constants [Jezek, 1988] densité moyenne constante avec la profondeur sur les premiers mètres répartition de l’épaisseur des couches suit une loi normale

4. Simulateur d’altimètre • Convolution entre signal émis, milieu traversé, fonction d’antenne Fig4. simulateur d’altimètre • Un retard de phase est rajouté à la fonction d’antenne pour chaque angle de visée afin de simuler la différence de trajet dans la neige • Le signal obtenu est appelé « burst » • Le signal altimétrique est moyenné sur 20 bursts

5. Formes d’onde obtenues Fig5. Forme d’onde simulée Fig6. Forme d’onde observée

6. Résultats (1) Phénomènes de résonance pour des couches d’épaisseur moyenne multiples de demi-longueur d’onde Fig7. coefficient de rétrodiffusion simulé en fonction de l’épaisseur moyenne des couches

7. Résultats (2) La dynamique du coefficient de rétrodiffusion devient négligeable pour des rms supérieures à 2mm en bande Ku et 7mm en S Fig8. Rétrodiffusion à 13.6 GHz Fig9. Rétrodiffusion à 3.2 GHz

8. Résultats (3) La variablité de la largeur du front de montée est très importante en S jusqu’à des rms supérieures à 1cm, et en Ku jusqu’à 2mm Fig10. largeur du front de montée à 13.6 GHz Fig11. largeur du front de montée à 3.2 GHz

9. Données Même comportement du coefficient de rétrodiffusion entre S et Ku Fig12. coefficient de rétrodiffusion sur la trace Forte variabilité spatiale à courte échelle de la largeur du front de montée en bande S. Fig13. largeur du front de montée sur la trace

10. Résumé et Perspectives Des phénomènes de résonance apparaissent pour des épaisseurs de couches multiples de demi longueur d’onde qui peuvent expliquer la variabilité des paramètres des formes d’onde Le signal étant sensible aux épaisseurs moyennes des couches, comment les restituer? Simulations Le coefficient de rétrodiffusion est très sensible à l’augmentation de la variance. Observations Même comportement du coefficient de rétrodiffusion entre S et Ku => épaisseurs des strates du manteau neigeux fortement dispersées. Simulations La largeur du front de montée possède une variabilité importante en bande S, et n’est sensible à l’augmentation de la variance qu’à forte variance. Observations Forte variabilité spatiale à courte échelle de la largeur du front de montée en bande S. => L’introduction de phénomènes d’interférence peut expliquer la variabilité spatiale du front de montée en bande S.