LABORATOIRE D'OPTIQUE ATMOSPHERIQUE UMR 8518 LILLE1 ...

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• cours - matière potentielle : du temps

LOA LABORATOIRE D'OPTIQUE ATMOSPHERIQUE UMR 8518 LILLE1 - CNRS Projet du laboratoire 2010-2013

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Extrait

LOA
LABORATOIRE D’OPTIQUE ATMOSPHERIQUE


UMR 8518
LILLE1 - CNRS





Projet du laboratoire
2010-2013




















- 2 -
TABLE DES MATIERES

I. INTRODUCTION GENERALE 5
Déclaration de politique scientifique et générale du laboratoire 5
1. Objectifs et projets scientifiques – Moyens mis en oeuvre 5
2. Les ressources humaines 7
3. Les besoins et les ressources financières 8
4. Les autres aspects de la vie du laboratoire 9
5. Hygiène et sécurité - Problèmes subsistants et corrections possibles 10
II. GROUPE INTERACTIONS AEROSOLS-RAYONNEMENT (IAR) 13
1. Introduction 13
2. Les aérosols et le système climatique 14
2.1 Contexte et problématique 14
2.2 Effet direct 14
2.3 Effet semi-direct 15
2.4 Effet indirect des aérosols 15
3. Les aérosols – Variabilités et Tendances 16
3.1 Contexte et problématique 16
3.2 Caractérisation de Surveillance des Aérosols dans l’Atmosphère Météorologique 17
3.3 Caractérisation de Surveillance des Aérosols dans l’Atmosphère Moyenne 18
4. Le cycle de l’aérosol 21
4.1 Contexte et problématique 21
4.2 Localisation des sources 21
4.3 Transport et Mélange 22
5. Aérosols, pollution et impacts 23
5.1 Contexte et problématique 23
5.2 « Ozone, Rayonnement UV et caractérisation des aérosols » 23
5.3 Apport des observations satellitaires pour l’étude des liens poussières-méningites
(AMMA Climat-Santé) 24
5.4 La pollution particulaire 25
6. Récapitulatif des Projets et Moyens 26
6.1 Développements instrumentaux 26
6.2 Service d’Observations AERONET/PHOTONS 27
6.3 Sites instrumentés 27
6.4 Campagnes 27
6.5 Instruments spatiaux 28
6.6 Modélisation 28
III. GROUPE INTERACTIONS RAYONNEMENT-NUAGES (IRN) 29
1. Introduction 29
2. Modélisation du transfert radiatif 29
- 3 - 2.1 Atmosphères planes et parallèles 30
2.2 Transfert radiatif dans les milieux hétérogènes 31
2.3 Propriétés optiques des cristaux de glace 32
2.4 Interféromètre aéroporté 33
2.5 Base de codes de transfert radiatif et de propriétés optiques 33
3. Etude des propriétés nuageuses à l’échelle globale 34
3.1 Exploitation des missions PARASOL et A-Train 34
3.2 Satellites géostationnaires 35
3.3 Moyens de validation – campagnes aéroportées 36
4. Etude des structures nuageuses tridimentionnelles 36
4.1 Analyse, sensibilité et impact sur les quantités radiatives et les propriétés nuageuses
restituées 37
4.2 Etude des systèmes précipitants à l’aide de l’outil radar 39
5. Récapitulatifs des moyens 40
5.1 Modélisation 40
5.2 Développements instrumentaux 40
5.3 Campagnes 40
5.4 Observations spatiales 41
- 4 -
I. INTRODUCTION GENERALE

Avant-propos

Le Laboratoire d’ Optique Atmosphérique a acquis au cours du temps une solide expérience dans
le transfert radiatif dans les atmosphères planétaires et dans le développement instrumental. Il
faut rappeler par exemple que les premières mesures de polarisation ont été réalisées dans les
années 80 depuis des ballons stratosphériques avec des instruments développés au laboratoire et
qu’elles ont pu être analysées très précisément grâce à des codes de transfert du rayonnement
sophistiqués et à des outils informatiques développés pour la circonstance.

Cette compétence dans la modélisation du signal Terre-Atmosphère s’étend du domaine UV,
solaire à l’infrarouge thermique et plus récemment aux ondes millimétriques. Elle nous permet de
développer des algorithmes d’inversion de ce signal mesuré depuis la surface, à partir d’avions ou
de ballons ou depuis l’espace. Nous en dérivons les propriétés physiques et radiatives de ses
composants, les aérosols, les hydrométéores ou les constituants de l’atmosphère moyenne. Quant
aux réalisations instrumentales, elles ont été nombreuses sur les deux dernières décennies. On
peut citer l’instrument microRADIBAL embarqué sous ballon, les instruments (photomètre,
auréolemètre, radiomètre polarisé) développés dans les années 80 qui ont servi de prototype à
l’instrument CIMEL équipant actuellement le réseau AERONET, l’instrument aéroporté POLDER
développé dans les années 90 qui a servi de prototype à la version spatiale, et plus récemment
l’instrument OSIRIS, maquette aéroportée de l’instrument DPI proposé sur la plate-forme spatiale
TRAQ (Tropospheric Composition and Air Quality), présélectionnée par l’ESA.

Ces dernières années, nous nous sommes intéressés à l’apport des données de télédétection dans
les modèles, modèles de climat ou modèles méso-échelle. Si une meilleure compréhension du
fonctionnement de notre planète et de son climat passe avant tout par de meilleurs moyens
d’observation, l’amélioration de la modélisation du système Terre-Atmosphère est, elle aussi, une
étape incontournable. En effet, les données spatiales, sol, aéroportées ou ballons, permettent non
seulement d’établir ou d’améliorer les paramétrisations de la physique des processus, mais aussi
de confronter les observations aux sorties de modèles afin de les valider. Il est clair que le
développement des modèles à proprement parler est en dehors du champ d’activités du
laboratoire, mais le transfert des résultats des observations, incluant la modélisation des
phénomènes radiatifs, vers les modélisateurs nécessite des interactions étroites entre les
différentes communautés, et le laboratoire doit jouer ici un rôle d’interface.

Déclaration de politique scientifique et générale du laboratoire

1. Objectifs et projets scientifiques – Moyens mis en oeuvre
Le document de prospective qui suit est organisé par équipe scientifique. On trouvera une
synthèse des travaux proposés et des moyens existants ou à développer qui seront mis en œuvre
afin de contribuer aux objectifs scientifiques fixés. Le projet présenté par le laboratoire, tout en
ouvrant plusieurs perspectives importantes en particulier avec l’utilisation de modèles globaux et
régionaux, l’apport de la très haute résolution spectrale ou celui des instruments actifs (lidar et
radar), comprend essentiellement la poursuite et le développement de nombreux projets, déjà
évoqués dans le bilan 2005-2008, qui entrent aujourd’hui dans une phase plus active. C’est le cas
pour l’utilisation en synergie de PARASOL et des instruments de l’A-Train, la mise en œuvre
d’OSIRIS dans différentes campagnes de mesures dès 2009, l’implication dans AMMA et celle,
prochaine, dans le chantier ECOMED ou la mise en place d’une base de codes de transfert radiatif
accessible à l’ensemble de la communauté scientifique.

Les priorités scientifiques affichées à court ou moyen terme sont les suivantes :
• L’étude des aérosols et de leur impact sur le bilan radiatif et le système climatique (effet direct,
semi-direct et indirect),
• L’étude de la variabilité spatiotemporelle et des caractéristiques des aérosols stratosphériques,
• La surveillance à long terme des aérosols troposphériques mais aussi l’analyse de leur
variabilité dans différentes régions du globe (Afrique de l’Ouest, Europe et bassin
Méditéranéeen, Asie, …),
• L’étude du cycle de l’aérosol (localisation des sources, transport et mélange),
- 5 - • L’étude de l’impact des poussières sur la santé,
• La surveillance du rayonnement UV et de l’ozone,
• L’étude de la pollution particulaire à l’échelle globale et en Région Nord Pas de Calais,
• L’amélioration de la modélisation du transfert radiatif (haute résolution spectrale, modèle
adjoint, milieux hétérogènes,…),
• L’étude de l’influence des structures nuageuses sur le rayonnement,
• L’étude des propriétés optiques des cristaux de glace,
• L’analyse de