Etudes théorique et expérimentale des profils collisionnels dans les centres et ailes des bandes infrarouges de CO2 : applications à la simulation et à l'inversion de spectres atmosphériques

par Cristoforo Fabrizio Niro

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean-Michel Hartmann.

Soutenue en 2003

à Paris 11 .


  • Résumé

    La prise en compte des interférences collisionnelles dans le spectre I. R. Du CO2 se révèle nécessaire pour l'analyse des données atmosphériques, en particulier en proximité des branches Q, comme dans les ailes des bandes plus intenses (la V2 vers 15[mu]m et la V3 à 4[mu]m). Les déviations par rapport à un profil lorentzien augmentent proportionnellement à l'épaisseur optique traversé et elles sont importantes dans le sondage de la basse atmosphère (h<25km). Ce problème a été largement étudié pour les branches Q, au contraire pour les ailes lointaines des incertitudes notables restent, notamment dans la région de la bande V2, du à la manque de travaux théoriques et expérimentales. Cependant l'importance de cette région spectrale, pour l'inversion des profils de pression et température dans l'atmosphère, est désormais reconnue. Le modèle qu'on propose dans cette thèse est une extension de l'approche ECS utilisé précédemment pour la modélisation des raies Q de CO2. Maintenant la construction d'une matrice de relaxation globale nous permet de prendre en compte du couplage de toutes les transitions (P, Q et R) dans chaque bande vibrationnelle sans l'utilisation d'aucun paramètre ajoustable et de modéliser les effets d'interférence dans un large domaine spectrale autour du centre d'une bande. Ce modèle a été testé avec succès sur des spectres de laboratoire en absorption d'un mélange de CO2-N2 à haute pression (70-200 bar), et dans plusieurs spectres atmosphériques en émission et transmission, dans la région de la bande V2 du CO2. Les applications dans l'étude de l'inversion des profils de p-T sont discuté en détail, car le sondage dans les ailes des raies, pour lesquelles on a maintenant un modèle fiable, est une option fortement avantageuse pour améliorer la résolution verticale des profils atmosphériques, du à la dépendance en p^2 du coefficient d'absorption et à une mineure sensitivité aux erreurs systématiques, voir une méconnaissance de la fonction d'appareil.


  • Résumé

    The inclusion of line-mixing effects in the I. R. CO2 spectrum is fundamental for the analysis of atmospheric spectra, specially in the vicinity of Q branch, as in the far wings regions of the most intense bands (the V2 and the V3 centred around 15[mu]m and 4[mu]m). The deviations with respect to the lorentzian line-shape are proportional to the optical depth and are significant for the sounding of the lower atmosphere (h<25km). This problem has been extensively studied for the Q branch regions, on the contrary for the far wings large discrepancies still remain, particularly for the V2 band, due to the lack of theoretical and experimental works. Nevertheless the importance of this spectral region is nowadays well-known, since is commonly chosen for the retrieval of pressure-temperature profiles in the atmosphere. The model presented here is an extension of the ECS approach, previously used for the modeling of CO2 Q branch. Now a global relaxation matrix is build in order to take into account the mixing of all the lines (P, Q and R) in each vibrational CO2 band, without any adjustable parameters, this allows to model the absorption coefficient over a wide spectral range around the center of the band. This model has been tested successfu1ly in the region of the V2 band using a series of laboratory absorption spectra of a mixture of CO2-N2 at high pressure (70-200 bar), and a large number of atmospheric spectre (emission and transmission). The applications to the retrieval of pressure-temperature profiles are discussed in details in the thesis, since the sounding in the line-wings, for which we have now a precise model, can be particularly advantageous, due to the square-pressure dependence of the absorption coefficient and the low sensitivity to systematic errors, as a bad knowledge of the instrumental line-shape.

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Informations

  • Détails : 211 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.193-207

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : M/Wg ORSA(2003)242
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