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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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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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- Version archivée 1 de janv. 2010 par Pierre H. FLAMANT
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Mise en forme et traitement des signaux numériques
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5. Signal optique parasite
En plus du signal lidar optique utile, le télescope reçoit un signal optique parasite dû au fond de scène.
5.1 Signal optique parasite au sol
Dans le domaine visible, le signal optique parasite est dû au rayonnement solaire diffus descendant, tandis que dans l’infrarouge thermique (10 à 12 μm) il est dû à l’émission thermique des composants de l’atmosphère (nuages, aérosols, gaz absorbants tels que H2O, CO2, CH4, etc.). Dans le visible de jour, le signal parasite peut être très important alors qu’il est négligeable de nuit hors des grandes agglomérations. Dans l’IR thermique, le signal parasite garde à peu près la même intensité de jour comme de nuit. Pour réduire le bruit thermique, les composants optiques sur la ligne de visée d’un lidar émettant à 10 μm sont refroidis dans la mesure du possible.
Le signal parasite présente un spectre très large. Un filtrage optique efficace est indispensable. Pour cela, on utilise des filtres interférentiels à bande passante étroite, et si nécessaire des interféromètres Fabry-Perot ou des monochromateurs très dispersifs. Les transmissions des différents filtres sont choisies pour conserver le plus possible de signal optique utile.
Le signal optique parasite résiduel après filtrage est donné par l’équation suivante :
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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).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Lidars atmosphériques et météorologiques. Principes généraux.
-
Lidars atmosphériques et météorologiques.
-
Caractérisation électro-optiques des détecteurs plans focaux IR.
ANNEXES
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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