Sensibilité de la version actuelle de l’approche IASI+GOME

multispectral à 3 bandes IASI+GOME3

Figure 84 : Coupes transversales entre la surface et 15 km d'altitude à 66° de latitude Nord por MOCAGE (haut), le couplage IASI+GOME3 (milieu) et la différence entre MOCAGE

et IASI+GOME3 (bas) sur la journée du 11 juillet 2010

2.2 Sensibilité de la version actuelle de l’approche IASI+GOME3

Pour continuer cette étude comparative des performances de IASI+GOME2 et de IASI+GOME3 pour l’observation de la pollution à l’O3, la répartition des valeurs de DOFs

et de Hmax pour les deux couplages sur la journée du 8 juillet est présentée sur la figure

85. A noter qu’une étude similaire a été effectuée sur les trois autres journées et il en ressort des résultats et des conclusions similaires pour chacune des journées de l’épisode de pollution. Des histogrammes des valeurs de DOFs (à gauche) et de Hmax (à

droite) ne distinguent pas entre les pixels sur terre et ceux sur mer. Ces graphiques représentent l’ensemble des valeurs de DOFs et Hmax pour les pixels après convergence

et contrôle de qualité des restitutions. Or, comme cela a été observé sur les cartes de concentrations, le nombre de pixels avec des données de concentrations est plus important pour IASI+GOME2 que pour IASI+GOME3, et cette différence est en moyenne de 1200 pixels supplémentaires sur chaque journée (afin donner un ordre de grandeur, pour la journée du 8 juillet, sur les presque 18500 pixels, IASI+GOME2 a environ 7500 pixels contre 6300 pour IASI+GOME3). Les valeurs moyennes pour chaque couplage sont également précisées.

Chapitre 5 Observations réelles de l’ozone troposphérique par le premier couplage multispectral à 3 bandes IASI+GOME3

Figure 84 : Histogrammes des valeurs de DOF et de Hmax pour la très basse troposphère (0-3 km) pour les couplages IASI+GOME2 et IASI+GOME3 pour la journée du 8 juillet

Les valeurs moyennes de DOFs et de Hmax semblent indiquer une légère augmentation

des DOFs et donc de la sensibilité à l’ozone ainsi qu’une légère diminution de la hauteur maximale de sensibilité avec l’utilisation du couplage à trois bandes spectrales. Seulement, compte-tenu du faible écart entre les moyennes pour les deux couplages mais aussi de la différence quant au nombre de pixels entre les deux ensembles, les estimations de DOFs et Hmax n’expliquent pas les différences notables dans les concentrations d’ozone restitués par les deux approches multispectrales (voir la section 2.1).

Pour le cas des DOFs, l’histogramme pour le couplage IASI+GOME2 semble suivre une loi normale tandis que celui pour le couplage IASI+GOME3 a un maximum légèrement décalé vers les plus grandes valeurs de DOFs. Les valeurs de DOFs médianes pour chaque couplage, très proches des valeurs moyennes, et donc avec le même écart entre les deux couplages, semblent le confirmer.

Pour la hauteur de sensibilité maximale, les valeurs médianes sont également proches des valeurs moyennes pour les deux couplages, ce qui semble de nouveau mettre en évidence l’amélioration des performances d’observation de l’ozone avec ce nouveau couplage à trois bandes. Cependant, et contrairement au cas des DOFs, il est plus compliqué de confirmer cela en observant les graphiques de répartition des valeurs de Hmax. En effet, si l’on compare ces deux graphiques, on remarque en premier lieu que la différence la plus importante entre les deux répartitions se trouve dans l’intervalle de valeurs comprises entre 1 et 3 km d’altitude. Ainsi pour le cas IASI+GOME2, dans cette intervalle, la majorité des pixels a une valeur de Hmax autour de 3 km (environ 2700 pixels), puis le deuxième groupe le plus important a une valeur proche de 1 km (1700 pixels) et enfin le troisième (600 pixels) a une valeur proche de 2 km. Pour le cas

Chapitre 5 Observations réelles de l’ozone troposphérique par le premier couplage multispectral à 3 bandes IASI+GOME3

de 3 km, le deuxième groupe (1200 pixels) est cette fois celui avec la valeur de 2 km et non 1km comme pour IASI+GOME2. Ainsi, pour le couplage IASI+GOME3, c’est le groupe dont le nombre de pixel est le moins important (900 pixels) qui a la plus faible valeur de Hmax.

Il est important de souligner que dans le cas de l’utilisation de mesures réelles, la différence observée entre les moyennes de DOFs et de Hmax des deux couplages est beaucoup moins marquée que celle obtenues dans le cas de la simulation des observations, où les moyennes étaient presque doublées avec l’ajout du VIS. Cela est en grande partie dû à la représentation de l’albédo de surface qui n’est pas assez fine mais également à l’impact des aérosols. En effet, c’est ce qui a été observé au début de ce chapitre quand, afin qu’il puisse y avoir une convergence des spectres simulés et mesurés de GOME-2, il était nécessaire de relâcher les contraintes appliquées à l’ajustement de l’albédo de surface, afin de permettre à l’inversion de converger en composant à la fois le manque de précision par rapport la valeur de l’albédo de surface réel et mais aussi l’impact des aérosols (non simulé explicitement dans VLIDORT dans la version actuelle de IASI+GOME3). Ainsi, c’est cette liberté, nécessaire au bon fonctionnement de la méthode, qui pourrait expliquer en partie une estimation non adéquate de la performance de la méthode en terme de la sensibilité à l’O3.

3 Conclusions

Dans ce dernier chapitre, après avoir modifié les contraintes appliquées à l’albédo de surface pour permettre une meilleure simulation du spectre de réflectance, j’ai appliqué la méthode IASI+GOME3 sur des mesures réelles de IASI et de GOME-2, lors de l’épisode de pollution de juillet 2010. Des comparaisons avec des observations réelles issues de IASI+GOME3 et IASI+GOME2 ont été effectuées. Pour cela, nous avons utilisées comme référence des analyses du modèle MOCAGE, suite à l’assimilation des mesures in situ d’ozone à la surface du réseau AIRBASE, et des restitutions d’ozone satellitaires de IASI et MLS (contraintes sur l’ozone dans la troposphère libre et la stratosphérique, respectivement). Ces nombreuses contraintes observationnelles suggèrent une bonne précision des champs d’ozone issus de ces analyses MOCAGE.

Les résultats obtenus avec la méthode multispectrale à 3 bandes IASI+GOME3 montrent la répartition de l’ozone dans la très basse troposphère avec une bonne couverture spatiale sur terre et sur mer, avec une convergence atteinte pour un nombre légèrement plus faible de pixels qu’avec IASI+GOME2. Les comparaisons des observations réelles de IASI+GOME-2 et IASI+GOME3 montrent un bon accord pour plusieurs panaches d’ozone dans la très basse troposphère, mais aussi elles ont mis en évidence la présence de plusieurs panaches d’ozone avec des concentrations plus élevées observés par IASIGOME3, mais non par IASI+GOME2, notamment sur la Méditerranée et l’Europe de l’Est pour les quatre journées de l’épisode de pollution. Les panaches d’ozone uniquement observés avec IASI+GOME3 sont clairement présents dans les analyses MOCAGE. Cela suggère une capacité clairement accrue et unique de IASI+GOME3 pour observer la pollution à l’ozone plus proche de la surface, par rapport à IASI+GOME2.

Chapitre 5 Observations réelles de l’ozone troposphérique par le premier couplage multispectral à 3 bandes IASI+GOME3

Une analyse de la répartition en altitude de ces panaches a été effectuée en fonction des transects longitudinaux des profils verticaux d’ozone troposphériques. Ces transects, comme lors de l’analyse des observations simulées (chapitre 4), ont montré que les panaches d’ozone uniquement observés par IASI+GOME3 se situent dans les deux kilomètres plus bas de l’atmosphère. De plus, on peut noter de fortes similitudes entre IASI+GOME3 et MOCAGE notamment vis-à-vis de la répartition spatiale des panaches observés.

Pour terminer cette étude, une comparaison des valeurs de DOF et Hmax pour les deux

couplages à 2 et 3 bandes spectrales a été effectuée. Ainsi, les valeurs moyennes sur terre et sur mer sont très proches pour les deux couplages mais avec une légère augmentation des DOFs (0,253 contre 0,249) et diminution de la hauteur de sensibilité pour IASIGOME3 (2,84 contre 2,90 km). Des histogrammes de DOFs pour IASIGOME3 semblent être décalés un peu plus vers les valeurs plus élevées. Pour Hmax, on retrouve également des valeurs médianes proches des valeurs moyennes. L’écart entre les valeurs de DOFs et de Hmax de IASI+GOME-2 et IASIGOME3 est beaucoup moins important que lors des simulations, probablement associé à l’utilisation des contraintes pour l’albédo de surface beaucoup moins restrictives pour l’approche réelle IASI+GOME3. L’estimation des performances en termes d’AVK considère probablement qu’une partie très importante de l’information fournie par les mesures VIS est utilisée pour l’ajustement de l’albédo de surface. Cependant, la nette amélioration pour restituer l’ozone avec IASI+GOME3 par rapport IASI+GOME2 indiquée par des comparaisons avec des analyses MOCAGE suggère que l’approche à 3 bandes spectrales extrait effectivement des nouvelles informations sur la répartition de l’ozone proche de la surface par rapport au couplage à 2 bandes.

Des validations approfondies des nouvelles performances de IASI+GOME3 pour restituer la pollution à l’ozone seront effectuées dans les perspectives de cette thèse par comparaison avec des mesures in situ des ballons sondes. Pour l’épisode analysé (8-11 Juillet 2010), les stations de sondage ne se situent pas dans les zones avec des panaches d’ozone uniquement observés avec IASI+GOME3. Puis l’étape suivante sera d’améliorer la représentation de l’albédo de surface afin d’améliorer la simulation des spectres GOME-2 dans le visible. Pour cela, une approche possible sera d’ajuster les contributions des composantes principales de l’albédo de surface lors de l’inversion, au lieu d’un polynôme multiplicatif, comme effectué actuellement.