Remote sensing of swell and currents in coastal zone by HF radar

Télédétection de la houle océanique et d'autres processus côtiers via un radar HF L’environnement maritime du littoral implique de nombreux processus complexes, mais le manque de données en haute résolution couvrant une large zone sur une longue période est souvent l’obstacle principal à des recherches plus approfondies. Le radar haute-fréquence (HF) est un moyen de faire de la télédétection afin d’obtenir pratiquement en temps réel de l’information sur la surface de la mer et sur une large zone. Ainsi l’étude de l’inversion des paramètres marins à partir de données issues de radars HF est réellement porteuse de sens. Cette thèse fait l’usage d’un jeu de données collectées durant 13 mois par deux réseaux de radar HF à commande de phase pour étudier les caractéristiques de signaux d’échos de la mer, étudier les données à traiter et les méthodes d’inversion, calculer les paramètres de la surface de la mer et évaluer la précision de l’inversion radar des paramètres de la houle.Cette thèse se réfère à l’onde de sol radar HF, dont les ondes radio interagissent avec l’océan du fait de la diffraction de résonance de Bragg. Nous passons en revue l’historique et les applications du radar HF. Nous rappelons les bases de la théorie des ondes électromagnétiques. Nous décrivons les principes d’inversion des courants de surface de la mer, direction du vent et paramètres de houles. La faisabilité de l’inversion de paramètres de houle est examinée. A partir de l’analyse théorique et des études statistiques de nombreux échantillons de données, cette thèse propose une série de méthodes sur le traitement du signal brut et le contrôle de qualité, ce qui inclut la détermination du niveau de bruit, le moyennage des données dans l’espace et le temps, l’identification correcte des pics spectraux, le seuil de largeur de pic, etc. Respectant les caractéristiques de différents processus physiques, les inversions de courant et de vent utilisent des spectres collectés toutes les 20 minutes ; l’inversion des paramètres de houle utilise des spectres moyennés sur 1 heure. Les statistiques des spectres utilisés pour le calcul des paramètres de houle sont présentées pour chacune des stations. Un ensemble de programme efficaces de calculs automatiques avec une complexité algorithme réduite sont développés pour réaliser le traitement et en tirer les paramètres marins.Les vitesses de courants radiales sont obtenues à partir d’une unique station radar. Les champs de vecteurs de courants sont obtenus en combinant chaque station. On montre une année de débit moyen dans la mer d’Iroise, ainsi que le calcul de la vorticité et de la divergence. On étudie un ensemble de données d’un mois du radar SeaSonde de Qingdao. Les schémas de débit moyen, ainsi que la vorticité et la divergence sur un mois sont présentés.La direction relative du vent par rapport à la direction de visée du radar est mesurée à travers le ratio des amplitudes des pics de Bragg. Différents modèles empiriques sont employés pour obtenir la vitesse relative du vent par inversion radar. Les résultats présentés sont en accord avec les estimations prédites par le modèle. Différents modèles de distribution directionnelle sont utilisés pour mesurer le facteur de diffusion pour la mer d’Iroise.Cette thèse se concentre sur l’étude des paramètres de houle. Les résultats sont validés à l’aide de bouées et de données du modèle de vagues (Wavewatch III). L’estimation montre que la précision de la fréquence de houle est très bonne, la précision sur la hauteur significative de houle est très raisonnable et la précision sur la direction absolue de la houle est faible. La cohérence des mesures par chacune des stations radars est vérifiée par comparaison entre les deux. L’utilisation conjointe des échantillons est également prise en charge pour réaliser l’inversion. L’utilisation de deux radars n’améliore pas seulement la précision, mais résout aussi l’ambiguïté de direction relative de houle à partir d’une unique station et donne la direction absolue de vague avec une certaine précision.