Infrared emissivity and reflectivity of sea surfaces with shadowing effect and surface reflections
Émissivité et réflectivité infrarouges de la surface de mer avec ombre et réflexions multiples
Résumé
Sea surface infrared emissivity and reflectivity are important parameters in oceanic remote sensing, e.g. for deriving the sea surface temperature. They are both nearly constant for observation directions near zenith, but they vary largely for large grazing angles, because of the surface roughness. This thesis aims at calculating the sea surface infrared emissivity and reflectivity with accuracy. In addition, polarization is taken into account. Indeed, the phenomena of shadowing and multiple surface reflections are taken into account in the models through illumination functions without and with surface reflections. In order to validate developed models, a reference method, based on a Monte Carlo ray tracing algorithm, is used. Simulation results show very good agreements of the models with the ray tracing algorithm. Moreover, the agreement with emissivity measurements of the literature is improved if one surface reflection is considered. The criterion of energy conservation is better met by taking the sea surface reflections into account in the model. Thus, these results clearly show the usefulness of considering shadowing and surface reflections in the modeling.
L'émissivité et la réflectivité infrarouges d'une surface de mer sont des paramètres clés pour le calcul de la température apparente d'une surface de mer. Pour des angles d'observation rasants (proches de l'horizon), elles dépendent fortement de la rugosité de la surface de mer. Cette thèse a pour but de modéliser l'émissivité et la réflectivité d'une surface de mer dans le domaine infrarouge avec précision. De plus, la polarisation de l'onde est prise en compte dans la modélisation. En effet, les phénomènes d'ombrage et de réflexions multiples par la surface sont pris en compte dans les modèles via les fonctions d'illumination monostatique et bistatique sans et avec réflexions. Pour tester la validité de ces modèles, une méthode de référence, basée sur une méthode de tracé de rayons de Monte Carlo, est mise en œuvre. Des simulations montrent alors de bons accords entre les modèles avec ombrage et réflexions multiples développés et la méthode de tracé de rayons. De plus, l'accord avec des mesures de l'émissivité issues de la littérature est meilleur lorsqu'une réflexion sur la surface est prise en compte. Le critère de la conservation de l'énergie est également mieux vérifié en prenant en compte les réflexions multiples par la surface de mer. Ainsi, ces résultats montrent clairement l'intérêt de prendre en compte l'ombrage et les réflexions multiples dans la modélisation.
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