L’att´enuation du rayonnement par les a´erosols varie avec la nature, la densit´e et la distri-bution de tailles de ceux-ci. C’est ainsi que dans libRadtran, la prise en compte des a´erosols n´ecessite que soient d´efinis au minimum :
– le mod`ele d’a´erosol dans la couche limite (de 0 km `a 2 km d’altitude). Au choix, le code propose le mod`ele rural (environnement naturel) ”haze 1”, le mod`ele maritime (oc´ean ou domaine continental domin´e par des vents oc´eaniques) ”haze 4”, le mod`ele urbain (domaine industriel ou air pollu´e) ”haze 5”, et le mod`ele troposph´erique (air pur et calme) ”haze 6”,
– le mod`ele d’a´erosol au-del`a de 2 km d’altitude. Sont propos´es le mod`ele background (aucune contamination des particules d’origine volcanique) ”vulcan 1”, le mod`ele volca-nique (´epaisseur optique d’environ 0,03, correspondant `a peu d’ann´ees apr`es l’´eruption volcanique) ”vulcan 2”, le mod`ele volcanique aigu (´epaisseur optique d’environ 0,1, cor-respondant `a peu de mois apr`es l’´eruption volcanique) ”vulcan 3” et le mod`ele volcanique extrˆeme (´epaisseur optique d’environ ou sup´erieur `a 0,3, correspondant `a peu de semaines apr`es l’´eruption volcanique) ”vulcan 4”,
– la saison, celle de printemps − ´et´e ”season 1”, et celle d’automne − hiver ”season 2”, la concentration des particules ´etant plus grande pendant l’´et´e et le printemps,
– et la visibilit´e au sol (vis) qui est la distance horizontale maximale `a laquelle il possible de voir clairement.
L’att´enuation du rayonnement `a la travers´ee d’un milieu contenant des a´erosols, peut ˆetre traduite par la loi de Lambert-Beer, par un facteur exp(−τaer), o`uτaer est l’´epaisseur optique des a´erosols.τaer repr´esente l’att´enuation totale induite par les a´erosols sur toute la colonne at-mosph´erique `a une longueur d’onde donn´ee. La visibilit´e au sol est intimement li´ee `a l’´epaisseur optique des a´erosols et `a la couleur du ciel, comme le montre le tableau 4.4.
couleur du ciel visibilit´e au sol ´epaisseur optique `a 1µm
bleu profond >100 km 0,01 - 0,02
bleu pur 60 km - 100 km 0,03 - 0,06
bleu d´elav´e 30 km - 50 km 0,08 - 0,15 bleu laiteux `a blanchˆatre 12 km - 25 km 0,20 - 0,40
Table 4.2 – couleur du ciel, visibilit´e et ´epaisseur optique des a´erosols `a la longueur d’onde 1µm [Perrin and Vauge, 1982]
4.4 Estimation de l’influence des a´erosols τaer est sensible aux propri´et´es micro-physiques des a´erosols telles que la concentration int´egr´ee verticalement et la distribution statistique des tailles de chaque type d’a´erosol. τaer peut ˆetre d´etermin´e en fonction du coefficient d’att´enuationaaerλdes a´erosols par [Liou, 1980] :
τaerλ = Z ∞
0
aaerλ(z)dz (4.12)
En d´ecrivant la distribution statistique des tailles des a´erosols par dn/dr, o`u dn est le nombre de particules dont le rayon est compris entre r et r+dr, le coefficient d’att´enuation aaerλ `a une altitude z est donn´e par :
o`u σeλ est la section efficace d’att´enuation pour une particule donn´ee [Liou, 1980]. La distri-bution typique de taille des particules est comprise entre rmin = 0,01 µm et rmax = 10 µm [Liou, 1980]. Les caract´eristiques des a´erosols (rayon effectif, section efficace, coefficient d’ex-tinction, densit´e, distribution de tailles) sont difficiles `a ´evaluer avec pr´ecision [Holzer-Popp et al., 2008]. La variation spectrale de l’´epaisseur optique des a´erosols est g´en´eralement calcul´ee
`a l’aide d’une m´ethode simplifi´ee :
τaerλ =β(λ/λM)−α (4.14)
o`u λM = 1000 nm, β est l’´epaisseur optique des a´erosols `a la longueur d’onde 1000 nm et 0 ≤ α ≤ 4 est le coefficient d’Angstr¨om [Perrin and Vauge, 1982; Liou, 1980]. Le coefficient d’Angstr¨om d´ecroˆıt avec une augmentation de taille des a´erosols et peut ˆetre consid´er´e comme un indicateur de la distribution de taille des a´erosols.
Pour estimer l’influence sur l’´eclairement incident au sol d’une variation des propri´et´es des a´erosols, nous calculons un ´eclairement de ref´erence Eref pour une ´epaisseur optique des a´erosols `a 550 nmτaer550nmde 0,1,αde 1,5 et les types d’a´erosol de haze 1, vulcan 1 et season 1.
Ensuite nous faisons varier les param`etresτaer550nmetαd´ecrivant l’´epaisseur optique spectrale des a´erosols (figure 4.3, gauche) et les diff´erents mod`eles caract´erisant le type d’a´erosol (figure 4.3, droite)
Figure 4.3 – erreur absolue sur l’´eclairement spectral, due `a la variation des propri´et´es des a´erosols, par rapport `a un cas de ref´erence
Ici, l’angle z´enithal solaire est 30◦, la hauteur d’eau pr´ecipitable 15 kg m−2, le contenu en ozone 300 DU et l’alb´edo du sol 0. haze 1, 4, 5 and 6 correspondent respectivement aux a´erosols de type rural, marin, urbain et troposph´erique pour les altitudes 0 km `a 2 km.
La figure 4.3 (gauche) montre l’influence de l’´epaisseur optique des a´erosols sur l’´eclairement arrivant au sol. L’influence due `a αest grande, elle atteint 20 % d’´ecart pour α = 2 et d´ecroˆıt avec la longueur d’onde. Plus α augmente, plus l’´eclairement global d´ecroˆıt. L’influence de τaer550nm est similaire `a celle deα. La figure 4.3 (gauche) montre l’influence du type d’a´erosol.
Les ´ecarts dus aux mod`eles haze sont moins importants que ceux dus `a l’´epaisseur optique des a´erosols et atteignent 3 %. L’influence des mod`eles vulcan et season est tr`es faible : les
´ecarts relatifs sont inf´erieurs `a 0,5 %. Pour ce qui est de l’´eclairement total (int´egr´e de 0,3µm
`a 4µm), nous obtenons respectivement des ´ecarts de 3 % et 8 % pourτaer550nm = 0,25 et 0,5 ; de 2 %, 3 % et 30 % pour α = 1, 2 et 2,5 et de 2 % pour haze 5. Rappelons que ce calcul est fait avec un angle z´enithal solaire de 30◦ et que les ´ecarts relatifs croissent avec l’angle z´enithal solaire. On aura par exemple un ´ecart de 5 % pour haze 5 si l’angle z´enithal solaire est de 45◦.
Nous retenons donc, comme param`etres n´ecessaires pour caract´eriser les a´erosols,
– l’´epaisseur optique spectrale (d´ecrit par α et τaer550nm ou β) qu’il faut connaˆıtre avec une bonne pr´ecision,
– le mod`ele d’a´erosol dans la couche inf´erieure de l’atmosph`ere, dans laquelle est concentr´e l’essentiel des a´erosols,
– les mod`elesvulcan et seasonpeuvent ˆetre pris par d´efaut.