Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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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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
- Version archivée 1 de janv. 2010 par Pierre H. FLAMANT
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Performances
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3. Conditions de mise en œuvre
Des conditions de mise en œuvre s’appliquent aux LRAN.
3.1 Instrumentales
Pour une impulsion laser courte et un temps de réponse bref du système de détection, le signal lidar utile sL garde la même forme aux différentes étapes de la chaîne de mesure : optique, électrique et numérique. Le signal numérique en bout de chaîne sL,n s’écrit comme un produit simple. Chaque étape contribue aux bruits de mesure.
À ce titre, il existe un bruit de quantification dû à la numérisation car celle-ci s’accompagne d’une erreur de représentation du signal électrique après détection. En effet, le signal analogique peut prendre une infinité de valeurs, alors que le signal échantillonné par la carte d’acquisition ne peut prendre qu’un nombre fini de valeurs discrètes égales à
avec Nn nombre de bits de l’échantillon, soit 256 pour Nn = 8 bits, 4 096 pour 12 bits ou 65 536 pour 16 bits. Si nécessaire, la résolution numérique peut être augmentée en moyennant des signaux.
3.2 Atmosphériques
Dans le cas de discontinuités atmosphériques (transitions entre air clair et couche d’aérosols, bords de nuage), il faut prendre en compte la réponse impulsionnelle du système de détection. Le signal électrique va s’écrire comme un produit de convolution. Dans la pratique, cet effet n’entraîne pas d’erreur notable si la zone concernée est petite par rapport à l’épaisseur de la couche de particules.
HAUT DE PAGE3.3 Optiques
L’équation lidar optique est définie pour les conditions suivantes :
-
diffusions photoniques uniques ; c’est dire qu’un photon n’est diffusé qu’une seule fois. L’hypothèse est vérifiée pour des milieux peu denses....
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Conditions de mise en œuvre
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).
-
...
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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