Combinaison de mesures de radiomètres micro-ondes à basse et haute fréquence provenant de l'expédition MOSAiC pour des produits améliorés de vapeur d'eau

Résumé. Dans l'Arctique central, les observations de vapeur d'eau de haute qualité sont rares en raison de la faible densité des stations météorologiques et des incertitudes dans la télédétection par satellite. Différents réanalyses ne s'accordent pas non plus sur la quantité de vapeur d'eau dans l'Arctique central. L'expédition de l'Observatoire multidisciplinaire dérivant pour l'étude du climat arctique (MOSAiC) fournit des observations complètes qui sont appropriées pour évaluer les produits satellitaires et les réanalyses. Les observations de radiosondes fournissent des estimations de vapeur d'eau de haute qualité avec une résolution verticale élevée mais une résolution temporelle faible. Les observations des radiomètres micro-ondes (MWRs) à bord du navire de recherche Polarstern complètent ces observations par une haute résolution temporelle. Dans cette étude, nous démontrons la grande précision de la combinaison des deux MWRs HATPRO (Humidité et Profil de Température) et MiRAC-P (Radiomètre Micro-ondes pour les Nuages Arctiques – Passif). À cette fin, nous avons développé de nouvelles récupérations de vapeur d'eau intégrée (IWV) et de profils d'humidité spécifique et de température en utilisant une approche de Réseau de Neurones, en incluant les observations à la fois de HATPRO et MiRAC-P pour utiliser leurs différentes sensibilités à la vapeur d'eau. Les récupérations ont été entraînées avec des données ERA5 du Centre Européen pour les Prévisions Météorologiques à Moyen Terme (ECMWF) et des observations MWR synthétiques simulées avec l'outil de transfert radiatif passif et actif à micro-ondes (PAMTRA). Nous avons appliqué les récupérations sur les observations synthétiques et réelles et les avons évaluées avec ERA5 et les radiosondes lancées pendant MOSAiC, respectivement. Pour évaluer le bénéfice de la combinaison de HATPRO et MiRAC-P par rapport aux récupérations MWR uniques, nous avons comparé les erreurs par rapport aux radiosondes MOSAiC et calculé le contenu d'information vertical des profils d'humidité spécifique. L'erreur quadratique moyenne (RMSE) de l'IWV a été réduite jusqu'à 15 %. Les biais d'humidité spécifique et les RMSE ont été réduits jusqu'à 75 et 50 %, respectivement. Le contenu d'information vertical de l'humidité spécifique a pu être augmenté de 1,7 à 2,4 degrés de liberté. Nous avons également calculé l'humidité relative à partir des profils de température et d'humidité spécifique récupérés et constaté que le RMSE était réduit de 45 à 15 %. Enfin, nous montrons une étude de cas démontrant les capacités de profilage de l'humidité améliorées par rapport aux récupérations standard basées sur HATPRO. La résolution verticale des profils d'humidité spécifique récupérés est encore faible par rapport aux radiosondes mais l'étude de cas a révélé le potentiel de résoudre de grandes inversions d'humidité. À quel degré la combinaison de MWR détecte les inversions d'humidité, également par rapport aux satellites et aux réanalyses, fera partie des travaux futurs.