Observations et études des aérosols atmosphériques par télédétection optique active

LidarAlain Miffre, Maya Abou-Chacra, Aurélien Maréchal, Patrick Rairoux

Laboratoire de Spectrométrie Ionique et Moléculaire (LASIM)UMR 5579

29 mai 2008 AEI Toulouse

Cluster de recherche « Environnement »

Les aérosols atmosphériques: sources - impacts

PSC: Polar Stratospheric Cloud

Objectifs

Observation à distance des aérosols urbains (Lyon, …) :

• Propriétés optiques: extinction, rétrodiffusion, albedo

• Estimation à distance de la concentration massique des aérosols.

• Estimation du flux massique d’aérosols du panache d’une ville/agglomération.

Sommaire

1. Rappel physique-technologique du lidar

2. Observations actuelles

3. Réalisation en cours

4. Perspectives

LIDAR1. Rappel : Technique Lidar

Lidar: Light detection and ranging

Détection a distance de l’interaction de la lumière laser pulsée avec l’atmosphère:

Résolution temporelle (dt= 20 ns)

Résolution spatiale élevée (3 m)

Interaction laser - atmosphère :

- Diffusion moléculaire - élastique ( com. Rayleigh)- inélastique Raman on N2, O2, H2O

- Diffusion particules/aérosols- élastique (Mie)

- Absorption : O3, NO2, SO2, COV,…, aérosols

Emetteur laser + Détecteur

Signature spectrale du signal lidarSignature spectrale du signal lidar

Mesure de rétrodiffusion laser d’une masse d’air à 1 km d’altitudeMesure de rétrodiffusion laser d’une masse d’air à 1 km d’altitude

H2O

N2

O2

Particlesblack body emission

Rétrodiffusion optique moléculaires et des aérosols

Alti

tude

[m]

2. Observations actuellesDistribution spatio-temporelle des aérosols dans la couche limite urbaine Lyon-UCBL1, Mesures Lidar @ 355 nm

a =N(z) < σ > = d (z) cm(z) < σ > , hypothèse: densité massique des aérosols

Exploitation des mesures: - modélisation de la couche limite urbaine, - évaluation du panache d’émission de la ville, - évaluation des sources et puits des particules urbaines (couplage avec modèle de dispersion)

Signature spectrale haute résolution et de polarisation du signal Lidar moléculaireSignature spectrale haute résolution et de polarisation du signal Lidar moléculaire

Longueur d’onde du centre de la raie: 355 nm

3. Réalisation en cours

Détection Lidar multi-spectrale et de polarisation de la diffusion des aérosols

Objectifs:

- accéder aux modes principaux de la distribution de taille des particules.

- évaluer le rapport matière solide/ liquide des aérosols

- fonctionnement routinier (Station Permanente Lidar de Lyon)

KiKs

Kperp

Kpar

Détecteur Lidar multi-spectral et de polarisation

Estimation: signal Lidar sur signal fond de ciel.

Mise en fonction: juillet 2008

4. Conclusion et Perspectives

Mesure optique à distance:

• mesure rapide et très sensible (photons)

• mesure rapide de la distribution spatio-temporelle de la diffusion de la lumière

• estimation de la densité massique des particules

• estimation du rapport de phase (solide/liquide) des particules

• observation possible à long terme.

• observation dans les différentes couches de l’atmosphère

Perspectives

• Validation de la méthode: comparaison avec mesure ponctuelle aéroportée: AMS, SMPS.

• Développement méthodologique: estimation rapport aérosols organiques/non organiques, organiques/biologiques.

• Analyse géophysique des données et intégration aux réseaux nationaux