restitution des aérosols de poussière à partir des sondeurs infrarouge

Restitution des aérosols de poussière à partir des sondeurs

infrarougeV. Capelle1, A. Chédin1, M. Siméon1,

C. Tsamalis1, C. Pierangelo2, M. Pondrom1, R. Armante1, C. Crevoisier1, L. Crépeau1, N. A. Scott1,M. Ben Sassi1

1LMD / IPSL, Ecole Polytechnique, Palaiseau, France 2CNES, Toulouse, France

Objectif: - restituer les propriétés optiques des aérosols de poussières - étudier leur interaction avec le système climatique - mieux contraindre le bilan radiatif terrestre dans l’infrarouge

Apport des observations satellite: observation quotidienne, globale et continue à haute résolution spatiale accès à de longues séries temporelles

Apport de l’infrarouge : Observations disponibles de jour et de nuit, sur les océans et les continents possibilité d’accéder à l’altitude moyenne des aérosols et à la taille des particules. 10 μm : détection essentiellement du mode grossier (coarse) des aérosols de poussières

Télédétection dans l’infrarouge (IR)

MetOp/IASI

A-Train

PARASOL

CALIPSO Aqua/AIRS

=> 10 ans de données à partir de sondeurs hyperspectraux infrarouge (AIRS, IASI)

Méthodologie

Paramètres d’entrée:Code couplé

4A-OP/DISORTOPAC

1) Calcul off-line: Construction des Look Up Tables (LUT) en température de brillance

2) Inversion:Obs satellite

(hors nuages): AIRS,, IASI

Etablissement de séries temporelles• Avec AIRS depuis 2003• Avec IASI depuis 2007

Les climatologies et résultats mensuels sont disponibles sur http://ara.abct.lmd.polytechnique.fr/

Pierangelo et al. 2004, ACP; Pierangelo et al. 2005, GRL; Peyridieu et al. 2010, ACP; Peyridieu et al. 2013, ACP; Capelle et al. 2013, ACPD.

http://www.pole-ether.fr/etherTypo/?id=1292&L=0; http://ara.abct.lmd.polytechnique.fr/4aop.noveltis.com/

Calculs effectués sur de grands centres de calculs: IDRIS, ECMWF, climserv

situation Atmosphérique (T, H2O, etc..)

Propriétés des aérosols:• épaisseur optique à 10μm• altitude moyenne• rayon effectif

LUT atmosphères

LUT aérosols

LUT atmosphères

LUT aérosols

Epaisseur optique (coarse-mode) à 10µm

Climatologie mensuelle sur les 6 ans de données IASI (2007-2013) sur les tropiques

=> Mise en évidence du transport des poussières vers l’ouest.

Jan.

Feb.

Mar.

Apr.

May.

Jun.

Jul.

Aug.

Sep.

Oct.

Nov.

Dec.

Altitude moyenne

Climatologie mensuelle sur les 6 ans de données IASI (2007-2013) sur les tropiques

Résultats actuels sur mer. Travail sur terre en cours

Jan.

Feb.

Mar.

Apr.

May.

Jun.

Jul.

Aug.

Sep.

Oct.

Nov.

Dec.

Séries temporelles AOD/Comparaisons AERONET : sur mer

Solar Village

Capo Verde

Tenerife (ST) Karachi

Ragged Point

La Pargueraf=0.60

f=0.54

f=1.34

f=0.65

f=0.58

f=0.57

Comparaisons Visible/IR non triviales car métrique différente qui dépend: - de la distribution de taille - du rayon effectif - de l’indice de réfraction

Comparaisons faites en appliquant un coefficient à AERONET (par site)

ratio moyen IR/VIS: 0.6±0.17

Correlation: 0.88 pour 713 items

Séries temporelles AOD/Comparaisons AERONET : sur terre

Zouerate-Fennec

f=0.71

Dakar f=0.43

Tamanrasset f=1.21

Banizoumbouf=0.77

f=0.52Solar Village

f=0.37Karachi

Sur terre nécessité de prendre en compte les propriétés de surface (Ts, emissivités) elles-mêmes fortement impactées par les aérosols (Capelle et al., JAMC, 2012)

ratio moyen IR/VIS: 0.55

Correlation: 0.74 pour 582 items

Séries temporelles altitude moyenne/Comparaisons CALIOP (sur mer)

Dakar Solar Village

Dhadnah Capo Verde

Karachi Pune

Sur mer: Difference moyenne IASI/CALIOP de ~450m

correlation de 0.78 pour 925 items

Résultats satisfaisants compte tenu de :définition ≠ des deux altitudesrésolutions ≠ spatiale et temporellesensibilité de IASI plus faible à l’altitude qu’à l’ AOD

Sur les continents (desert): travail en cours.

Résultats à l’échelle journalière:Quelques exemples à Dakar

Limite des valeurs de la LUT

Résultats satisfaisants. Pb. avec les très forts événements car valeur maximale des LUT atteinte (en cours d’extension) Pb. à gérer : la forte variation du nombre de points d’un jour à l’autre/filtrage du bruit => en cours

7 juillet 2009

Détection aerosol/nuage

AOD

Altitude

IASIAERONET CMo * 0.55

Avril 2009 Juin 2009

Juillet 2009 Mars 2010

Extension aux situations extra-tropicales

Aerosol detection:

Aerosol retrieval:=> IASI 10µm CMo AOD compared with AERONET 870nm total AOD at “Forth-Crete"

(Israelevich et al., JGR, 2012)

MODIS 550nm total AOD IASI aerosol cover Day 1 - 10 Day 1 - 10

Day 11 - 20 Day 11 - 20

Day 21 - 30 Day 21 - 30

Exemple: cas de avril 2008 sur la Méditerrannée

élimination des scènes nuageuses identification des scènes « aérosol » calcul des LUT pour les atmosphères extra-tropicales Validation de la méthode aux mid-latitude => en cours

AIRS+IASI: 10 ans de séries temporelles

AOD à 10 µm Altitude moyenne (m)

=>Transition en 2007/2008: les AOD deviennent plus faibles et les altitudes plus hautes lors de la saison des aérosols (été)

Correlation avec l’indice de végétation (NDVI) sur Cap Vert

MODIS NDVI

IASIAIRS

Perspectives

6 ans de données IASI/Metop-A + 10 ans de AIRS. IASI/Metop-B en cours. A terme: 20 ans de IASI (2007-2027) +30 ans de IASI-NG.

Comparaisons avec le visible satisfaisantes sur les restitutions mensuelles (mais difficulté de quantifier les différences à cause de la métrique différente)

Amélioration des restitutions journalières => va permettre, entre autre, de progresser dans les comparaisons IR/Vis

Démarrage prochain des comparaisons avec les modèles (ECMWF ou autres) + d’autres approches dans l’IR (ESA-CCI)

participation aux projets MACC-II, MACC-III, Copernicus (?), ESA-CCI