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AEROSTAR. Élaboration d'un spectroradiomètre stellaire pour l'étude des aérosols nocturnes. Xavier Théorêt. Xavier Théorêt Maîtrise en télédétection, CARTEL Dép. de Géographie et Télédétection Université de Sherbrooke ACFAS, mai 2001. E-Mail: theoret@hermes.usherb.ca

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Presentation Transcript

  1. AEROSTAR Élaboration d'un spectroradiomètre stellaire pour l'étude des aérosols nocturnes Xavier Théorêt Xavier Théorêt Maîtrise en télédétection, CARTEL Dép. de Géographie et Télédétection Université de Sherbrooke ACFAS, mai 2001 E-Mail:theoret@hermes.usherb.ca Site web:http://go.to/timelapse

  2. AEROSTAR Élaboration d'un spectroradiomètre stellaire pour l'étude des aérosols nocturnes 1) Introduction aux aérosols 2) Problématique 3) Hypothèse 4) Équipement 5) Résultats visuels 6) Effet de l’atmosphère 7) Méthodologie: 2 étoiles 8) Résultats préliminaires Tous films et images: (c)Xavier Théorêt (à moins de référence contraire) 10) Conclusion

  3. AEROSTAR AEROSTAR

  4. AEROSOLS AEROSOLS

  5. AEROSOLS AEROSOLS

  6. AEROSOLS AEROSOLS

  7. AEROSOLS AEROSOLS (Nocturnes)

  8. AEROSOLS AEROSOLS (Nocturnes)

  9. Feux Volcans Mer Homme Sol et désert AEROSOLS • Transferts de chaleur • Réaction chimique • Effet de catalyseur Impacts climatiques + Impacts sur la santé

  10. Atténuation ~ l-a Absorption Diffusion a = [0, 3[ a = 4 Exemple: suie ou fumée • Capte la lumière • Chaleur Aérosols grossiers a~ 0.5 Aérosols fins a ~ 2 Molécules (Air) L’identification est donc possible où a, est le coefficient d’Angström et l, est la longueur d’onde

  11. Instrument pour la mesure d ’aérosols: Spectroradiomètre Le spectroradiomètre CIMEL est un bon outil pour mesurer les aérosols. Standard et complètement automatisé Instrument qui mesure le rayonnement solaire à plusieurs longueur d ’onde. P. Cliche

  12. Problématique (1/3) Nuit Soleil bas Les mesures au CARTEL: spectroradiomètres solaire CIMEL. (En réseau AERONET et AEROCAN) ...mais impossibilité d ’effectuer des mesures: Station du CARTEL; Toit du Pavillon A4, Université de Sherbrooke, mosaïque Xavier Théorêt

  13. Problématique (2/3)

  14. Problématique (2/3) Problème important aux pôles... ...où la nuit dure presque 6 mois. À la station Alert, la nuit dure 70 jours où il est impossible de mesurer les aérosols.

  15. Problématique (3/3) On sait que... Certains phénomènes tel la brume arctique (arctique haze) ne se produisent que l’hiver/début du printemps. 1 Le soleil étant absent pendant cette période, ils ne peuvent donc pas être observés par les spectroradiomètres solaire conventionnels. Leur étude est donc partielle. 2 Les aérosols participent aussi à des réactions photochimiques différentes en l ’absence du soleil. 3 Autres méthodes de mesures nocturnes: • Mesures ponctuelles (temps & espace) • Coût élevé • Main d œuvre requise • Suivi régulier et continu difficile Ballon sonde et Lidar

  16. Hypothèse: Les étoiles au lieu du soleil Limitation: sources stellaires ou quasi-ponctuelles. Très grand choix de sources de qualité et de différentes luminosités. Disponible en tout temps dans l ’année, en presque toute directions. Étoiles Stabilité de la source lumineuse.

  17. Équipement: Plan général

  18. Équipement: Plan général

  19. Équipement: Plan général

  20. Équipement: CCD CCD Pictor 416XT CCD Imageur *Charged Coupled Device (CCD)

  21. Équipement: Télescope Meade SCT LX200, 10`` Télescope CCD

  22. Équipement: Grille Grille Télescope CCD

  23. Équipement: Ordinateur Grille Télescope CCD Logiciel d’extraction et de contrôle. Ordinateur

  24. Analyse du premier ordre (encadré): M. Aubé Champ de vue de la caméra CCD

  25. Quelques résultats spectroscopiques visuels Néon: Rouge/Orange Mercure: Bleu/Vert (Mélange Ar/Hg, notez les raie de l ’Ar) Argon: Intense pour le capteur... mais faible lueur à l ’oeil!

  26. Influence de l’atmosphère sur un spectre stellaire O2 H2O CCD et/ou télescope O2 CCD

  27. Méthodes de mesure à deux étoiles (1/2) Uo Uo1 U02 m f2 q m m2 f1 Um Fig. 8: Schéma pour une source (soleil) Fig. 9: Schéma pour deux sources Um1, Um2 Loi Beer-Lambert: Loi Beer-Lambert: Um = Uo e -mdj (1) Um1 = U01 e -dnm1 (3) Um2 = U02 e -dnm2 • Une seule source • Méthode des spectroradiomètres solaires ln Um = ln Uo -m dj (2) ln Um1 = ln Uo1 - dn m1 (4) ln Um2 = ln Uo2 - dn m2 forme “ Y= B + -dj X ” (5)

  28. Méthodes de mesure à deux étoiles (2/2) Avantages: • Cette équation ne requiert pas de conversion compte de photons <=> Énergie incidente. • Le rapport ln (U01/ U02) est constant et peut être connu. • Dm est trouvé à partir de la déclinaison des étoiles par rapport à l’horizon local. • La vitesse avec laquelle nous obtenons Dm n’est pas limité par la rotation de la Terre et le moment de la journée. • Le spectre de chaque étoile, nous donne le rapport • ln (Um1/ Um2) et nous avons finalement dn. La méthode avec deux étoiles a été développée par Leiterer et al., 1995

  29. Épaisseur optique en fonction du temps 0.70 0.60 0.50 0.40 Épaisseur optique 0.30 0.20 0.10 0.00 3:43:12 3:57:36 4:12:00 4:26:24 4:40:48 4:55:12 5:09:36 Heure Premiers résultats aérosols obtenus (1/2) (méthode deux étoiles) pour l = 500 nm dtot = dr + dH20 +dO3 + daérosol + dNOx où dr : Rayleigh, molécules de l'air (Azote et Oxygène). dH20 : Vapeur d'eau. dO3 : Ozone daérosol : AérosolsdNOx : Oxydes d'azote Épaisseur optique totale moyenne: ~ 0.29

  30. et par aerostar Épaisseur optique aérosol 5 avril moyen CIMEL 0.40000 0.35000 0.30000 0.25000 05-avr 0.20000 AOT 06-avr 0.15000 0.10000 AOT moy. mesuré aerostar 670 nm 0.05000 0.00000 500 nm 0 200 400 600 800 1000 1200 Lambda nm Premiers résultats aérosols obtenus (2/2) En première approximation on pose:dtot = dr + dH20 +dO3 + daérosol + dNOx 0.30 = 0.14 + 0 + 0 + daérosol(500nm)+ 0 daérosol(500nm) ~ 0.16

  31. Conclusion • La résolution théorique du système utilisé est de 1.31 nm, en pratique elle est environ de 8~10nm à cause de la turnulence de l ’air, du focus, vibrations, etc... • Présentement l’étoile doit être visible dans l ’image car elle sert de repère à l ’axe des longueurs d ’onde. En dévelloppement... • Les résultats préliminaires sont à raffiner mais ceux obtenus sont en accord avec les mesures observées le jour par le spectroradiomètre CIMEL. • Ce système a de forte chance d’être une bonne solution, peu coûteuse, au manque de mesure des aérosols la nuit.

  32. Merci beaucoup! Merci aux organisateurs de l ’ACFAS pour m ’avoir donné l ’opportunité de faire cette présentation. ...au FCAR et le CRSNG pour le financement de ce projet. ...à Martin Aubé pour avoir eu l ’idée d ’appliquer un moustiquaire à un télescope. ...à Alain Royer et Norm O ’Neill pour l ’encadrement.

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