6.2 Propriétés optiques
6.2.1 Aérosols/précipitations glacées/poussières cristallines
6.2.1.3 N-ICE 2015
Système non polarisé
Les profils de coefficient de rétrodiffusion atténué pour les observations retenues de la première période sont indiqués sur la figure 6.11. A l’instar de la dernière période de la campagne Barneo ces observations ont été réalisées de nuit ce qui permet de beaucoup mieux détecter les structures à différentes altitudes par rapport aux mesures de jour, et d’observer sur la plupart des profils (cf Figure 6.11) une zone de signal moléculaire :
• profil no1 : zone moléculaire entre 8000 et 10000m : étalonnage incorrect
• profil no2 : zone moléculaire entre 6900 et 7100m : étalonnage a priori correct
• profil no4 : zone moléculaire entre 8000 et 10000m : étalonnage incorrect
• profil no7 : zone moléculaire entre 8000 et 10000m : étalonnage a priori correct
• profil no8 : zone moléculaire entre 8000 et 10000m : étalonnage a priori correct
• profil no9 : zone moléculaire entre 3900 et 4100m : étalonnage a priori correct
• profil no10 : zone moléculaire entre 6000 et 7000m : étalonnage a priori correct
• profil no11 : zone moléculaire entre 4000 et 4500m : étalonnage a priori correct
6.2. Propriétés optiques 151
Figure 6.11 – Profils présentant un signal lié à des aérosols, des cristaux en sus-pension ou précipitant, ou aux molécules, lors du premier déploiement du système non polarisé de la campagne N-ICE. Pour chaque cas la courbe rouge correspond au signal théorique moléculaire et la courbe bleue au coefficient de rétrodiffusion atténué obtenu en tenant compte de la constante système corrigée du givre. Les axes ont été spécifiquement adaptés à chaque profil pour mettre en évidence les structures qui ont été détectées.
Cependant le profil no2 ne possède pas de signal clairement visible lié aux aéro-sols, et la zone de signal moléculaire sera donc mise à profit dans la section suivante pour évaluer le rapport LiDAR du nuage de glace. Quatre de ces observations conduisent à un rapport LiDAR réaliste, de 17,4 à 56,9. L’incertitude considérée est la même que celle décrite précédemment. Deux d’entre n’ont visiblement pas d’étalonnage correct, et la ré-évaluation de leur constante système conduit à des valeurs très proche (différence inférieure à 10%) de celle obtenue par correction du givre.
Profil 1 4 5
Date 23 31 33
Zone calcul AOT (km) 0,2-8 0,2-8 0,2-7
AOTbackward - -
-AOTf orward,sans mol - - 0,10±0,11
AOTf orward,avec mol 0,005±0,013 0,008±0,014
-LRa 40 40 40
K 76,1 (80,1*) 80 (85,3*) 12
Profil 8 9 10 11
Date 41 41 43 49
Zone calcul AOT (km) 0,2-8 0,2-3,9 0,2-6 0,2-4 AOTbackward 0,10±0,04 0,045±0,024 0,025±0,018 0,024±0,017
AOTf orward,sans mol - - -
-AOTf orward,avec mol - - -
-LRa 56,9±17,1 54,2±16,3 23,9±7,2 17,4±5,2
K 62,4 10,6 22,5 20,1
TABLEAU 6.9 – Épaisseurs optiques calculées pour les profils sélectionnées du pre-mier déploiement du système non polarisé de N-ICE. Pour les observations en bleu il a été possible d’estimer une nouvelle valeur de la constante système et celle-ci est surmontée par une "*". Pour les observations en rouge il a été possible d’estimer une valeur du rapport LiDAR.
Les profils retenus pour la seconde période sont indiqués sur la figure 6.12 et les valeurs des épaisseurs optiques dans le tableau6.10. Les deux derniers cas montrent que le facteur de recouvrement moyen utilisé ne semble pas adapté, et soulignent ainsi les limites d’une correction automatisée sur l’ensemble des observations d’une ou plusieurs bouées.
Figure 6.12 – Profils présentant un signal lié à des aérosols, de la poussière cris-talline ou moléculaire, lors du second déploiement du système non polarisé de la campagne N-ICE. Pour chaque cas la courbe rouge correspond au signal théorique moléculaire en tenant compte de l’indice de givre.
6.2. Propriétés optiques 153
Profil 1 2 3 4 5
Date 117 118 120 144 144
Zone calcul
AOT (km) 0,2-2 0,2-2 0,2-2 0,2-2,5 0,2-2
AOTbackward - - - -
-AOTf orward,sans mol 0.009±0,19 0.007±0,017 0.012±0,022 0.018±0,028 0.005±0,015
AOTf orward,avec mol - - - -
-LRa 40 40 40 40 40
K 47,5 41 54,7 57,3 60
TABLEAU 6.10 – Épaisseurs optiques calculées pour les profils sélectionnées du second déploiement du système non polarisé de N-ICE.
6.2.1.4 Bilan
Malgré le nombre important d’observations réalisées sur les deux campagnes, peu de signaux exploitables liés aux aérosols peuvent en être extraits. Il y a en effet d’une part une fréquence élevée de phénomène de givre (ou du dépôt de neige/eau) sur le hublot en particulier pendant la période hivernale, et d’autre part une présence importante de nuages à très basse altitude atténuant drastiquement le signal.
Des couches d’aérosols s’élevant en général de la surface jusque 2-3km d’altitude ont été observées à chaque période, mais de façon un peu moins fréquente en période estivale (deuxième et troisième période de la campagne Barneo). Néanmoins cette observation est à nuancer avec les performances relativement faibles du système lors des mesures de jour, et avec l’inclinaison importante pendant la première partie de l’été 2014. Un bilan des observations est indiqué dans le tableau 6.11.
Les estimations des coefficients de rétrodiffusion atténués pour les différentes périodes sont du même ordre de grandeur que celles obtenues aux stations de mesure à Eureka au Canada par le LIDAR HSRL terrestre [Di Pierro 2013]. Les rapports de diffusion associés (de l’ordre de 2 à 10) sont également équivalents à de précédente mesures effectuées dans le cadre de la campagne ASTAR en mars et avril 2007 [Lampert 2010b].
Les valeurs de coefficient d’extinction obtenues avec un rapport LiDAR de 40sr sont cohérentes avec des précédentes mesures réalisées en Alaska lors de la campagne ARCTAS en 2008 où des extinctions de l’ordre de 20-30Mm−1 avaient été mesurées proche de la surface [Di Pierro 2013]. Toujours en Alaska, des extinc-tions de l’ordre de 30 à 100Mm−1 en moyenne ont été mesurées lors de mesures aéroportées à l’occasion de la campagne ARCPAC en avril 2008 [Brock 2011].
Certains profils de la première période de Barneo correspondent à des évènements moins intenses en meilleurs accord avec l’étude réalisée sur plusieurs années de données de CALIOP filtrées des évènements les plus atténuants (brouillard arctique, "diamond dust", neige soufflée ("blowing snow")), en particulier sur le secteur européen de l’arctique en hiver et au printemps [Di Pierro 2013].
Certains profils ont permis une estimation du rapport LiDAR en connaissant a priori l’épaisseur optique grâce à la présence d’une zone de signal moléculaire, et à un étalonnage correct. Le rapport LiDAR déduit est de 43±21, avec une incertitude
de l’ordre de 30%. D’autres profils possédant une zone de signal moléculaire ont montré un étalonnage erroné, et la nouvelle constante système déduite était dans 60% des cas proche à moins de 30% de celle déduite de la correction du givre.
Enfin, les épaisseurs optiques ont été évaluées en essayant de ne pas prendre en compte les signaux semblant correspondre à des nuages. Des évènements intenses d’aérosols ont été détectés début avril 2014 avec des épaisseurs optiques entre 0,25 et 0,2 (pour un rapport LiDAR identique) et une incertitude d’au moins 50%. Ces valeurs sont similaires à celles déduites lors de mesures aéroportées en avril 2008 entre le Svalbard et la Scandinavie [de Villiers 2010]. Les épaisseurs optiques qui ont été évaluées sur ces deux premières campagnes sont également en accord avec une analyse réalisée sur plusieurs années sur les sites de Barrow et Ny-Alesund [Stone 2014]. Des signaux beaucoup moins intenses ont également été relevés lors de l’été 2014 mais l’estimation de leurs épaisseurs optiques (entre 0,002 et 0,008) est trop incertaine.
à des cas de brouillard arctiques ou de "blowing snow" mesures de jour et jusque 8km lors de mesures de nuit.
TABLEAU 6.11 – Tableau récapitulatif des structures d’aérosols observés et des épaisseurs optiques calculées.
6.2.2 Nuages