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Détermination de la colonne de CO 2 depuis le sol avec SOIR Terre J.L.Bertaux(1), Stéphane Ferron (3), Lilian Joly(2), Georges Durry(2) (1) Service daéronomie,

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1 Détermination de la colonne de CO 2 depuis le sol avec SOIR Terre J.L.Bertaux(1), Stéphane Ferron (3), Lilian Joly(2), Georges Durry(2) (1) Service daéronomie, UMR CNRS 7620, F Verrières-le-Buisson (2) GSMA, UMR CNRS 6089, Université de Reims F Reims (3) ACRI-ST, F SOPHIA ANTIPOLIS AEI 2008, Mai 2008,Toulouse

2 Résumé Motivation : validation OCO Méthode: spectre du soleil vu du sol à haute résolution, bande CO 2 à 1.60 m Instrument: Spectromètre échelle « classique » avec filtre fixe: pas cher, transportable (versus Michelson) Héritage: SOIR Vénus (Solar Occultation in the Infra Red) Analyse: méthode de la largeur équivalente de chaque raie+ LBLRTM

3 Présentation de linstrument Prototype du spectromètre à réseau (échelettes de 24 traits/mm) SOIR (Solar Occultation InfraRed observations) intégré à lexpérience de lESA Vénus- Express (PI J-L Bertaux,Oleg Korablev, Ann-Carine Vandaele à lIASB).

4 Mesure en cuve du CO 2 à Reims

5 Fonction dappareil: Résolution / 30,000 Réponse impulsionnelle (ILP) déconvoluée à partir dun jeu de mesures en cuve et de spectres simulés.

6 Mesures en observation solaire - Reims 2 avril 2007 Heure locale10:2710:5111:4512:5514:0215:0915:5816:5718:0918:48 SZA [deg] Azimut [deg]

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8 Largeur équivalente empirique Largeurs équivalentes Dans le proche infra-rouge, permet la mesure des densités colonnes de CO 2 avec une précision de lordre du pourcent (L Wallace et W Livingston), peu sensible à la fonction dappareil du spectromètre, ne dépend pas de létalonnage absolu des spectres. Fig.5 Spectre de transmission pour la raie R8 mesurée en cuve (T=18.2°, P = torr). Ici, on a normalisé à 1 le continu adjacent. Comme labsorption du CO 2 ny est pas nulle, on mesure en fait une largeur équivalente empirique. Unité: longueur donde,ou cm -1

9 Labsorption du CO 2 fait que le continu est <1.

10 Modèle direct avec LBRTM: transmittance -Code LBLRTM -Raie par raie, HITRAN -Profil atmosphérique: ECMWF+Arletty -Atlas solaire FTS Mac Math (mieux que Kurucz) sun -méthode classique: « profile fitting » - ici, largeur équivalente empirique (plus robuste?)

11 Labsorption du CO 2 fait que le continu est <1.

12 Fig.7 Largeurs équivalentes empiriques mesurées et comparées aux prédictions du modèle direct, ici figé à 330 ppmv de CO 2. N vert est donc fixé N col colonne de CO 2 vers le soleil N vert colonne de CO 2 verticale SZA : Solar zenith angle 1/ cos(SZA) : air mass factor W augmente avec N col, mais pas linéaire N col = N vert / cos(SZA)

13 Sensibilité à la température atmosphérique Il est donc utile de connaître le profil de température T(z) dans la troposphère avec une précision raisonnable (champs météo de ECMWF et Arletty, base de données Ether) Le changement dW de la largeur équivalente W pour une augmentation de 1 K dans une tranche de 1 km dépend de laltitude z: avec W 0.1 cm-1, dW=- 3x10 -5 à 10 km, dW/W -3x10 -4 par tranche de 1 km et 1 K.

14 Résultats sur une journée par minimisation de : suivant la méthode de Levenberg-Marquardt Fig. 10 Haut : ajustement par moindre carré des largeurs équivalentes dun ensemble de raies. Bas : résultat de lajustement du rapport de mélange du CO2. La dispersion au cours dune journée est < 1%. La valeur moyenne de 337 ppmv présente un biais par rapport à la valeur moyenne terrestre actuelle( 370 ppmv).

15 Perspectives SOIR-Terre - nouvelles campagnes de mesures à Reims Caractérisation de la fonction dappareil. -Investigation et quantification du biais de la méthode, pour correction systématique. -construction dun deuxième modèle pour opération à La Réunion (Observatoire) -Déploiement dun réseau sol pour la validation de OCO (avec le LSCE) -logiciel danalyse: valable aussi pour mesures Michelson

16 Sensibilité à la distribution en altitude du CO 2 Le changement dW de la largeur équivalente W pour une augmentation de 1 ppmv de CO2 dans une tranche de 1 km dépend de laltitude z: avec W 0.1 cm -1, dW=10 -5 à 10 km, dW/W par tranche de 1 km et 1 ppmv

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