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Le Satellite Odin Philippe Ricaud Laboratoire dAérologie, Toulouse.

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1 Le Satellite Odin Philippe Ricaud Laboratoire dAérologie, Toulouse

2 2 1- Le satellite Odin 2- Spectroscopie dans le domaine sub-mm 3- Validation 4- Résultats scientifiques 5- Implication dETHER Plan

3 3 Le satellite Odin yMini-satellite ySuède, France, Canada et Finlande y50 % aéronomie, 50% astronomie y250 kg y620 km daltitude, héliosynchrone (18:00 nœud ascendant) yCouverture en latitude : 83°S-83°N y2 instruments : xMicro-onde (SMR): GHz O3 et isotopes, ClO, N2O, HNO3, H2O et isotopes, CO,température UV/VIS et IR (OSIRIS): nm et 1.27 m O3, NO2, aérosols, (BrO, OClO) yLancement en février 2001 (lanceur START-1)

4 4 Géométries dobservation Visée au limbe Hauteur tangente

5 5 Le satellite Odin

6 6 zConfiguration lancement (replié)

7 7 Lanceur russe START

8 8 Odin/SMR scheme

9 9 Linstrument SMR zMélangeurs Schottky refroidis mécaniquement z4 bandes ( GHz non continues) yA GHz yB GHz yA GHz yB GHz zSpectromètres y2 auto-corrélateurs y1 spectromètre acousto-optique 1 banque de filtres (119 GHz pour O2 température)

10 10 Modes de Mesure z4 modes scientifiques yStratosphérique: O3, ClO, HNO3, N2O yHydrogène : H2O, H2O2, HO2, CO, O3 yAzote: NO, NO2, HNO3, N2O, O3 yIsotope vapeur d eau : H2O, HDO, H2O-18, H2O-17, O3 z3 modes dobservation yStratosphère : km yStrato-mésosphère : km yMésosphère dété : km

11 11 MOLIERE : Transfert Radiatif zMOLIERE : Microwave Odin Line Estimation and Retrieval z0-3 THz zRaie par raie zVisées yLimbe yNadir yInstruments : sol, ballon-avion & espace zContinua H 2 O & O 2 zBases de données spectroscopiques JPL & HITRAN zFonctions de poids instrumentales yLobe dantenne yRéponse spectromètres yModes SSB & DSB

12 12 OEM Method (Optimal Estimation Method, Rodgers) Linearisation of the radiative transfer equation around a reference state x ref F(x,b) = F(x ref, b) + K |xref (x ref – x a ), with K = F/x Statistical Combinaison of the information coming from an a priori knowledge x a of the profile and from the measurement y ; weighted by the errors Least-squared methode : Minimisation of 2 = [y – F(x, b)] T S y –1 [y – F(x,b)] + [x – x a ] S a –1 [x – x a ] y : measurement ; x : vertical profile ; F : model ; b : model parameters S a and S y : covariance matrix associated with x a and y Solution given by (Rodgers, 1976) : x = x a + (S a –1 + K T S y –1 K) –1 K T S y –1 [ y – F(x ref, b) + K(x ref – x a ) ] Estimate the vertical profiles of the studied molecules from the measured spectra MOLIERE : Retrieval code

13 13 Non-linear Retrieval x i+1 = x a + (S a –1 + K i T S y –1 K i + I) –1 K T S y –1 [ ( y – F(x i, b) + K(x i – x a ) ) + (x i – x a ) ] Use the OEM even when the problem is non-linear Solutions 1) Treat only the channels that are optically thin 2) Use a non-linear scheme Iterative scheme based on a Newton and Levenberg-Marquardt iteration : Levenberg-Marquardt parameter regularisation of the problem solution not too far of the a priori

14 14 ETHER ACQUISITION STORAGE Exogen Data TRAITEMENT NIVEAU 1B CTSO MOLIERE CTSO/NOMINAL CTSO/DEVELOPMENT OBSERVATOIRE DE BORDEAUX L2/MOLIERE T-P using ARLETTY Spectra in L1B USERS FRENCH AERONOMERS MISU L2/SMR PDC L1B/SMRL2/OSIRISL2/SMR IDRIS T-P/ECMWF

15 15 Odin/SMR Measurements Frequency (GHz)MoleculeAltitude (km)MoleculeAltitude (km) O3O ClO N2ON2O HNO O3O H 2 18 O22-65O3O H 2 16 O H 2 16 O33-100O3O O3O CO HDO O Studied Molecules and Expected Retrieval

16 16 Implication Française Aéronomie zLaboratoires Observatoire de Bordeaux Laboratoire dAérologie yService dAéronomie yMétéo-France/CNRM zEther, base de données yIPSL (Paris) yCNES (Toulouse) zChaîne de traitement des données micro-ondes, modélisation, assimilation, interprétation

17 17 Spectroscopie dans le domaine sub-mm

18 18 O 3, ClO, N 2 O Urban et al., 2006

19 19 ClO N2ON2O O3O3 Urban et al., 2006

20 20 O 3, HNO 3 Urban et al., 2006

21 21 O3O3 HNO 3 Urban et al., 2006

22 22 H 2 O et isotopes Urban et al., 2007

23 23 Vapeur deau H2OH2OH 2 O-18HDOH2OH2O Urban et al., 2007

24 24 CO Dupuy et al., 2005

25 25 H 2 CO Ricaud et al., 2007

26 26 Ricaud et al., 2007

27 27 Weak Line Studies Zelinger et al., 2007

28 Validation

29 29 SAOZ-MIR, SMR and OSIRIS Mean, difference and standard deviation at 22°S (Brasil to Australia) in February 2003 OSIRIS : within1% and 100 m on average with SAOZ, larger 8% standard dev. 8% in the stratosphere, degrading rapidly below 19 km SMR: within 7% and 1 km with SAOZ, 20% standard dev. In the stratosphere, degrading below 20 km

30 30 NO2 : OSIRIS vs SAOZ

31 31 N2O : SMR vs LPMA SMR LPMA

32 Analyses scientifiques

33 33 Odin 19-20/09/ /09/02 1-2/10/02 4-5/10/02 ClO O3 N2OClOO3 N2O REPROBUS Ricaud et al., 2005

34 34 Trou dozone arctique El Amraoui et al., 2008

35 35 Rapport D/H : Janvier 2002

36 36 EEEWW QBO Phase ODIN MOCAGE SLIMCAT N2ON2O Ricaud et al., 2009

37 37 N 2 O : AO, SAO and QBO Model underestimation of the AO in the UTLS AOSAOQBO Non-negligible measured SAO at 100 hPa Ricaud et al., 2009

38 38 MAM season zAt 400 K, all measured gases (N 2 O, CH 4 and CO) show significant longitudinal variations, not captured by the model (Ricaud et al., ACP, 2007). zThe maximum amounts are primarily located over Africa in MAM zThe suggestion is of strong overshooting over land convective regions, particularly Africa, very consistent with the TRMM maximum overshooting features over the same region during the same season. OLR ODIN N 2 O MOCAGE N 2 O Overshooting Probability Function (Liu and Zipfser, JGR, 2005) OPF 400 K

39 ppbv/yr ; 0.7 ppbv/yr 1.2 ppbv/yr -0.7 ppbv/yr 1.6 ppbv/yr ; 1.2 ppbv/yr -3.2 ppbv/yr; -6.3 ppbv/yr 1.7 ppbv/yr ; 1.6 ppbv/yr 1.9 ppbv/yr ; 0.2 ppbv/yr 1.2 ppbv/yr ; 0.4 ppbv/yr

40 40 Exploitation des données ODIN dans ETHER zÉtat de larchive : yDonnées SMR : xL1B de 2001 à 2009, V6 : toutes bandes confondues, rapatriement des données de la V7 en cours xL2 non officielles de 2001 à 2008 produites par la CTSO, V225 : molécules N2O, O3 et ClO xL2 officielles V2.1 : de 2001 à 2009 (O3, N2O, ClO) yDonnées OSIRIS : xL2 de 2001 à 2009, V3.0: O3, NO2 zExploitation des données ODIN/SMR yTraitement systématique des mesures de N2O, O3 et ClO de linstrument ODIN/SMR sur Ether xDonnées 2004 à 2008 produites xDonnées 2002 (mars – avril –mai ) et 2009 en cours de production yCréation et mise à jour des fichiers logs dressant la liste des L1B récupérés et des L2 produits sur Ether

41 41 Synthèse zODIN toujours opérationnel zMode 100% aéronomie depuis 2007 zBilan publications ODIN : 127 ySMR : 68 dont 31 françaises, le reste venant de Suède, USA, et Japon yOSIRIS : le reste, essentiellement Canada


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