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Article

1 - RAPPELS

2 - MÉTHODE LRAN

3 - CONDITIONS DE MISE EN ŒUVRE

  • 3.1 - Instrumentales
  • 3.2 - Atmosphériques
  • 3.3 - Optiques

4 - PERFORMANCES

5 - SIGNAL OPTIQUE PARASITE

6 - MISE EN FORME ET TRAITEMENT DES SIGNAUX NUMÉRIQUES

7 - ATMOSPHÈRE

8 - PARTICULES ATMOSPHÉRIQUES

9 - SIMULATEUR LIDAR – STRUCTURE GÉNÉRALE

10 - SIMULATEURS LIDAR – TRAITEMENT ET DONNÉES

  • 10.1 - Traitement du signal et logiciel
  • 10.2 - Organisation des données

11 - SOLUTIONS DE L’ÉQUATION LRAN

  • 11.1 - Méthodes particulières
  • 11.2 - Méthodes standards
  • 11.3 - Autres méthodes

12 - MÉTHODES PARTICULIÈRES

  • 12.1 - Méthode de la pente
  • 12.2 - Épaisseur optique d’une couche de particules
  • 12.3 - Erreur sur l’épaisseur optique
  • 12.4 - Visibilité et γp(r)

13 - DÉTERMINATION DE KL

14 - RÉTRODIFFUSION APPARENTE ET STRUCTURES

15 - ATMOSPHÈRE À UN COMPOSANT

  • 15.1 - Solution intégrale
  • 15.2 - Intégration de …
  • 15.3 - Solutions différentielles
  • 15.4 - Résolution numérique itérative

16 - ATMOSPHÈRE À DEUX COMPOSANTS

17 - ÉVALUATION DE KP

  • 17.1 - Γ en fonction de T 2 (rba, rso)
  • 17.2 - Méthode itérative

18 - DÉPOLARISATION

19 - OBJECTIFS D’ÉTUDE

20 - NOMENCLATURE LRAN

21 - RÉSEAUX

22 - CONCLUSION

23 - GLOSSAIRE

24 - SIGLES, CONSTANTES ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : E4311 v2

Nomenclature LRAN
Lidars atmosphériques et météorologiques - Lidar rétrodiffusion aérosols nuages (LRAN)

Auteur(s) : Pierre H. FLAMANT

Date de publication : 10 févr. 2020

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RÉSUMÉ

Les lidars rétrodiffusion aérosols nuages (LRAN) sont utilisés au sein des réseaux de mesures sol pour les applications atmosphériques : pollution, météorologie, climat. Dans cet article, les simulateurs de performance sont présentés en tant qu’outils pour la conception et la réalisation des instruments. Ensuite, le milieu atmosphérique et les méthodes standard d’inversion du signal LRAN sont détaillés en vue des applications.

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ABSTRACT

Atmospheric and Meteorological Lidar Backscatter lidar for aerosols and clouds

Backscatter lidars for aerosols and clouds are widely used in surface network for atmospheric applications i.e. pollution, meteorology, climate. Instrument simulators are presented as tool required for instrument design and realization. Then, the main characteristics of the atmospheric medium and the standard techniques for backscatter lidar signal inversion are described in sight for the applications.

Auteur(s)

  • Pierre H. FLAMANT : Directeur de recherche émérite (DREM) au CNRS Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS), UMR 8190, Sorbonne Université, UPMC, Paris, France

INTRODUCTION

Les applications des lidars atmosphériques et météorologiques concernent : la pollution dans les premiers kilomètres de l’atmosphère, la météorologie dans la troposphère et la basse stratosphère jusqu’à une trentaine de kilomètres d’altitude, et le climat jusqu’à une cinquantaine de kilomètres d’altitude incluant la couche d’ozone protectrice. Les lidars sont en compétition avec d’autres méthodes de mesure, mais c’est bien le besoin d’informations nouvelles dans la profondeur de l’atmosphère qui les a imposés pour les applications.

Les grandeurs recherchées sont la composition de l’air en particules et des gaz minoritaires (pollution, effet de serre, couche d’ozone), les variables dynamiques (champs de vent) et thermodynamiques (vapeur d’eau, température). Des méthodes lidar différentes sont mises en œuvre suivant les objectifs scientifiques.

Cet article traite des lidars rétrodiffusion aérosols nuages (LRAN). Il fait suite à l’article [E 4 310] qui présente les principes fondamentaux et les techniques mises en œuvre pour les lidars atmosphériques et météorologiques. Les lidars pour la mesure de la vapeur d’eau, de l’ozone, des polluants gazeux, des gaz à effet de serre et du champ de vent sont traitées dans l’article [E 4 313].

Au début des années 2000, les opérateurs lidar européens se sont regroupés au sein du réseau EARLINET spécifique aux aérosols. Partant de là, il est certain que le développement des réseaux d’une part, et l’avènement des lidars dans l’espace d’autre part, ont modifié la pratique lidar et la structure de la communauté, qui est passée d’une recherche individuelle à des observations coordonnées avec la transmission rapide des données aux utilisateurs. Ce faisant, les compétences de la communauté lidar se sont diversifiées. Certaines équipes ont conservé l’expertise multidisciplinaire et la capacité d’innovation, quand d’autres ont suivi une démarche appliquée par l’acquisition d’instruments commerciaux pour se concentrer sur l’utilisation des données. À présent, les données lidar sont utilisées au même titre que toutes les données en accès libre sur internet. Dans ce contexte, il est important que les utilisateurs de données lidar puissent disposer des trois articles proposés par les Techniques de l’Ingénieur,  [E 4 310], [E 4 313], et cet article en question présentant les instruments lidar, les méthodes de traitement des signaux et les applications.

Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire, un tableau des sigles, des constantes et des symboles utilisés.

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KEYWORDS

lidar   |   aerosols   |   clouds   |   inversion

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-e4311

CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :

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20. Nomenclature LRAN

Il n’existe pas de nomenclature normalisée, on s’en remet à l’usage.

Les méthodes et les instruments LRAN sont dénommés suivant :

  • les objectifs de mesure : aérosols, nuages, CLA ;

  • les processus d’interaction lumière-matière mis en jeux : élastique, Rayleigh, Mie, HRS ;

  • la taille de l’instrument : micro-, mini- ;

  • une nouvelle nomenclature utilisée dans le cadre de EARLINET et qui commence à se généraliser :  +  + c Raman, où a, b et c correspondent aux nombres de canaux lidar. Ainsi, on parle de 3β + 2γ pour indiquer que le LRAN émet à 2 longueurs d’onde et qu’il effectue des mesures de dépolarisation ce qui donne (2 + 1) β. C’est le cas du mini-lidar du LMD  présenté dans l’article [E 4 310].

Le tableau 3 donne des exemples de LRAN déployés par la communauté allemande pour les expériences de terrain. Les 3 lidars  ont un étalonnage spécifique pour les rapports de dépolarisation. Les lidars MULIS et BERTHA (figure 20) sont très performants pour la...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - FUJII (T.), FUKUCHI (T.) -   Laser remote sensing,  -  Taylor & Francis, Boca Raton, FL, USA (Ed.) (2005).

  • (2) - HINKLEY (E.D.) -   Laser monitoring of the atmosphere,  -  Springer-Verlag, Berlin (Ed.) (1976).

  • (3) - KOVALEV (V.A.), EICHINGER (W.E.) -   Elastic Lidar,  -  John Wiley and Sons, New York (2004).

  • (4) - MEASURES (R.M.) -   Laser remote sensing,  -  Springer, Berlin (1978).

  • (5) - WEITKAMP (C.) -   Lidar,  -  Springer, Berlin, Ed. (2005).

  • (6) - LAKKIS (S.), LAVORATO (M.), CANZIANI (P.) -   Tropopause and Cirrus Clouds Tops Heights,  -  Revista de Climatologia, 10, 21-27 (2010).

  • ...

1 Sites Internet

HAUT DE PAGE

1.1 Sites instrumentés français avec des lidars

Qualair à l’UPMC (Paris) : http://qualair.aero.jussieu.fr

SIRTA, à l’Ecole Polytechnique (Palaiseau) : http://sirta.ipsl.fr/

LOA à Lille : http://www-loa.univ-lille1.fr/

OPGC à Clermont-Ferrand : http://www.opgc.fr

Observatoire de Haute Provence (OHP) : http://www.obs-hp.fr/

Observatoire Atmosphérique de l’ile de la Réunion (LACY) : https://lacy.univ-reunion.fr/

Observatoire Dumont d’Urville, Antarctique : http://www.ndaccdemo.org/stations/dumont-d’urville-antarctica

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1.2 Réseaux européens instrumentés...

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