Analyse des profils verticaux du lidar LNG

Les figures 4.1(a), 4.1(b), 4.2(a), 4.2(b), et 4.2(c) montrent les coupes verticales et en latitudes de rétrodiffusion total dans le canal Infrarouge pour les portions de vols où ont été observées les couches sélectionnées. Les lignes blanches sont localisées où sont étudiés les profils . Les rectangles violets montrent les zones où les mesures in-situ sont disponibles.

Pour le 31 mars (vol 25, Fig.4.1(a)) et le 8 avril (1ère partie du vol 31, Fig.4.1(b)), les couches d’aérosols ne correspondent pas à des mesures in-situ. Les couches ayant une

valeur inférieure à 1.5 en rapport de diffusion à 1064 nm ne seront pas discutées.

La première couche, observée le 31 mars (que l’on nommera ensuite couche I), se situe autour de 2.5 km d’altitude à 71.9˚N au dessus d’une couche nuageuse et au nord d’une zone frontale à 71.5˚N (forts coefficients de rétrodiffusion). La couche (couche II), observée pendant la première partie du vol du 8 avril (vol 31) est située à 70˚N autour de 3 km d’altitude. Les rapports de diffusion , R(z), aux trois longueurs d’onde sont présentés sur la figure 4.3(a) et 4.3(b) pour chacune de ces couches.

La couche I est caractérisée par de forts rapports de diffusion à 532 et à 1064 nm avec des valeurs respectivement de 2 et 4.7. Le rapport de diffusion polarisé perpendiculaire à 355 nm est supérieur à 1.5, ce qui montre que cette couche présente de la dépolarisation. La couche II est caractérisée par des rapports de diffusion plus faibles, avec des valeurs à 532 autour de 1.5 et supérieures à 3, à 1064nm. En supposant un lidar ratio (rapport d’extinction sur rétrodiffusion) de 70sr, correspondant à de l’aérosol de pollution [Cattrall et al.(2005)], les valeurs de rapport de diffusion à 532nm, correspondent à des épaisseurs optique aérosol τ_a de l’ordre de 4%. Pour ces deux couches, les rétrotrajectoires sont calculées par FLEXPART toutes les quinze minutes. La position moyenne des 5 clusters est donnée toutes les 24 heures et montre que la couche I provient de la région Sibérienne (Fig.4.4(a)) et d’Europe centrale, pour la couche II (Fig.4.4(b)).

La coupe verticale de rétrodiffusion totale à 1064 nm, entre 70.2˚N et 71.8˚N, pour la seconde portion du vol 31, du 8 avril, montre une fine couche d’aérosols entre 3.5 et 4.2 km, au delà 71.4˚N, traversée par l’avion à partir de 70.6 ˚N et qu’on nommera dans la suite, couche III (Fig.4.2(a)). L’analyse des rétrotrajectoires calculées par le modèle Flexpart, nous indique que la zone entre 70.3˚N et 70.8˚N où les mesures in-situ sont effectuées, est comparable à la couche d’aérosols. En effet, elles correspondent toutes deux à des masses d’air ayant connu la même voie de transport, c’est-à-dire, provenant d’Arctique avec à la fois un passage au dessus du détroit de Béring (Nord-Est de l’Asie) et de l’Amérique du nord (Fig.4.5). Ainsi, les masses d’airs de ces deux zones peuvent être considérées comme étant issues des mêmes sources, on peut donc mettre en relation les propriétés optiques déterminées par l’analyse des données LNG et les mesures in-situ pour ce panache. Le profil de rapport de diffusion (Fig. 4.3(c)) montre 3 couches d’aérosols, mais seule, celle située entre 3.5 et 4.2 km à 71.4˚N, possédant un rapport de diffusion à 532 nm inférieur à 1.25 (τ_a ∼2%) nous intéresse dans cette analyse. Les rapports de diffusions à 355 nm (parallèle et croisé) sont faibles avec des valeurs inférieures à 1.2.

Sur la coupe verticale de rétrodiffusion totale dans l’IR, du vol transit au dessus du continent, le 8 avril (vol 32), on distingue une couche (couche IV) dont les caractéristiques sont similaires à celles de la couche sélectionnée, le même jour, plus au nord (Fig.4.2(b)). Ce panache s’étend sur toute la zone du vol, entre 68.8˚N et 69.58˚N, entre 3 et 4.5 km d’altitude. La figure 4.3(d) montre le profil moyen sur 20 secondes avec des rapports de diffusions de 4 et 1.25 à 1064 et 532 nm. Contrairement à la couche III, à 355 nm le rapport de diffusion de la voie perpendiculaire approche les 1.5 contre 1.3 pour la voie parallèle, ce qui révèle de la dépolarisation dans cette couche. La figure 4.6 montre les rétrotrajectoires au niveau de la couche IV pour le profil, ainsi que pour la zone où les

4.2. Variabilité des propriétés optiques associée aux données in-situ.

(a) 31 mars v25

(b) 8 avril v31

Figure 4.1 – Coupe verticale de rétrodiffusion à 1064nm mesurée pour le le vol 25 du 31 mars, entre 68˚ et 72 ˚N et le vol 31 du 8 avril, entre 68.5˚ et 71˚N. Les lignes blanches représentent les profils I et II.

(a) 8 avril v31 (b) 8 avril v32

(c) 11 avril v35

Figure 4.2 – Coupe verticale de rétrodiffusion à 1064nm, mesurée pour la deuxième partie du vol 31, entre 70˚ et 72˚N (Fig.4.2(a)), le vol 32 du 8 avril, entre 68˚ et 70˚N (Fig.4.2(b)), et le vol 35 du 11 avril entre 68˚ et 72.5 ˚N (Fig.4.2(c)). Les lignes blanches représentent les six profils, III, IV, V, VI-A, PBL et VI-B. Les rectangles violets marquent les zones des mesures in-situ associées aux profils.

4.2. Variabilité des propriétés optiques associée aux données in-situ.

(a) v25 71.9N 11h44 (b) v31 69.75N 09h11

(c) v31 71.4N 11h03 (d) v32 69.1N 13h30

Figure 4.3 – Profils verticaux lidar moyens sur 20 secondes, des rapports de diffusion, R(z), à 355, 355 dépolarisé, 532 et 1064 nm pour les quatre profils I, II, III et IV.

(a) 31 mars v25 couche I (b) 8 avril v31 couche II

Figure 4.4 – Rétrotrajectoires à partir des simulations FLEXPART initialisées le 31 mars 2008 à 14UT à 71.8˚ N 14˚ E entre 2500-3000m (Fig. 4.4(a)) et le 8 avril 2008 à 11UT à 70˚ N 19.6˚ E 3000-3500m (Fig.4.4(b)).

(a) 8 avril v31 in-situ (b) 8 avril v31 couche III

Figure 4.5 – Rétrotrajectoires à partir des simulations FLEXPART initialisées le 8 avril 2008 à 11UT à 70.4˚ N 20.7˚ E entre 5500-6000m (Fig. 4.5(a)) et à 71.6˚ N 24.2˚ E entre

4.2. Variabilité des propriétés optiques associée aux données in-situ.

(a) 8 avril v32 in-situ (b) 8 avril v32 couche IV

Figure 4.6 – Rétrotrajectoires à partir des simulations FLEXPART initialisées le 8 avril 2008 à 14UT à 67.8˚ N 20.3˚ E entre 3500-4000m (Fig. 4.6(a)) et à 68.7˚ N 22.2˚ E entre 3500-4000m (Fig. 4.6(b)).

entre 0 et 1 km, correspond à la couche limite (Fig.4.2(c)). On remarque aussi, une couche bien définie dans la troposphère libre, entre 70˚N et 72.5˚N, ayant une épaisseur inférieure à 1 km et qui présente également une légère inclinaison verticale correspondant probable-ment à l’inclinaison des surfaces isentropes. On distingue un autre panache d’aérosol aux latitudes inférieures à 69.2˚N, entre 3.5 et 5.5 km d’altitude, avec un plus faible signal en rétrodiffusion à 1064 nm. Pour caractériser ces deux couches, quatre profils moyens sur 20 secondes ont été analysés : le premier correspond à l’épaisse couche à 68.9˚N (qu’on nommera dans la suite, couche V), le deuxième et le troisième correspond à la plus longue fine couche s’étendant entre 69.6˚N et 71.7˚N (couche VI-A et VI-B)) et enfin, le dernier à 70.6˚N, situé dans la couche limite marine au dessus de l’océan Arctique.

Les profils de R(z), pour les 4 zones sélectionnées, sont montrés sur la figure 4.7. Pour la couche présentant le plus grand signal à 69.6˚N (couche VI-A), R augmente aux trois longueurs d’onde. La valeur maximale à 532 nm est de l’ordre de 2, ce qui correspond, à une épaisseur optique τa∼4%. Pour la couche V, le rapport de diffusion à 532 nm, est plus faible (1.4) et τ_a ∼3%. Les origines de ces couches sont différentes. Les rétrotrajectoires calculées par le modèle FLEXPART, montrent que la couche V provient d’Europe alors, que les couches VI-A et VI-B proviennent d’Asie (Fig.4.8).

Au total, nous disposons de 5 profils (un sur le vol 31, un sur le vol 32 et 3 pour le vol 35) qui permettent une analyse combinée entre des mesures lidar et les propriétés des aérosols mesurées in-situ.

Figure 4.7 – Profils verticaux lidar moyens sur 20 secondes, des rapports de diffusion, R(z), à 355, 355 dépolarisé, 532 et 1064 nm pour les quatre profils V, VI-A, PBL et VI-B.

4.2. Variabilité des propriétés optiques associée aux données in-situ.

(a) 11 avril v35 couche V

(b) 11 avril v35 couches VI

Figure 4.8 – Rétrotrajectoires à partir des simulations FLEXPART initialisées le 11 avril 2008 à 12UT à 68.6˚ N 219.1˚ E entre 4500-5000m (Fig. 4.8(a)) et à 72.1˚ N 19˚ E entre 3500-4000m (Fig. 4.8(b)).