Restitution des aérosols de poussière à partir des sondeurs infrarouge

1. Restitution des aérosols de poussière à partir des sondeurs infrarouge V. 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

2. Télédétection dans l’infrarouge (IR) MetOp/IASI A-Train • 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 => 10 ans de données à partir de sondeurs hyperspectraux infrarouge (AIRS, IASI) Aqua/AIRS CALIPSO PARASOL

3. Méthodologie OPAC Code couplé4A-OP/DISORT 1) Calcul off-line: Construction des Look Up Tables (LUT) en température de brillance Paramètres d’entrée: LUT atmosphères LUT aérosols 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 2) Inversion: • Propriétés des aérosols: • épaisseur optique à 10μm • altitude moyenne • rayon effectif Obs satellite (hors nuages): AIRS,, IASI situation Atmosphérique (T, H2O, etc..) LUT atmosphères • Etablissement de séries temporelles • Avec AIRS depuis 2003 • Avec IASI depuis 2007 LUT aérosols 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; Peyridieuet al. 2013, ACP; Capelle et al. 2013, ACPD.

4. Epaisseur optique (coarse-mode) à 10µm Climatologie mensuelle sur les 6 ans de données IASI (2007-2013) sur les tropiques Jan. Jul. Feb. Aug. Mar. Sep. Apr. Oct. May. Nov. Jun. Dec. => Mise en évidence du transport des poussières vers l’ouest.

5. Altitude moyenne Climatologie mensuelle sur les 6 ans de données IASI (2007-2013) sur les tropiques Jul. Jan. Aug. Feb. Sep. Mar. Oct. Apr. Nov. May. Dec. Jun. • Résultats actuels sur mer. Travail sur terre en cours

6. Séries temporelles AOD/Comparaisons AERONET : sur mer • 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 f=0.60 f=0.65 Solar Village La Parguera f=0.58 f=0.54 Capo Verde Ragged Point f=1.34 f=0.57 Karachi Tenerife (ST)

7. Séries temporelles AOD/Comparaisons AERONET : sur terre f=0.77 Banizoumbou Dakar f=0.43 • 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 Tamanrasset f=1.21 Solar Village f=0.52 Zouerate-Fennec f=0.71 Karachi f=0.37

8. Séries temporelles altitude moyenne /Comparaisons CALIOP (sur mer) Sur mer: • Difference moyenne IASI/CALIOP de ~450m • correlationde 0.78 pour 925 items • Résultats satisfaisants compte tenu de : • définition ≠des deux altitudes • résolutions ≠ spatiale et temporelle • sensibilité de IASI plus faible à l’altitude qu’à l’ AOD Sur les continents (desert): travail en cours. Dakar Solar Village Dhadnah Capo Verde Karachi Pune

9. Résultats à l’échelle journalière: Quelques exemples à Dakar 7 juillet 2009 IASI AERONET CMo * 0.55 Détection aerosol/nuage Juin 2009 Avril 2009 AOD Juillet 2009 Mars 2010 Limite des valeurs de la LUT Altitude • 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

10. Extension aux situations extra-tropicales 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 • 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 Exemple: cas de avril 2008 sur la Méditerrannée Aerosol detection: (Israelevichet al., JGR, 2012) Aerosol retrieval: => IASI 10µm CMo AOD compared with AERONET 870nm total AOD at “Forth-Crete"

11. AIRS+IASI: 10 ans de séries temporelles IASI AIRS 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

12. 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