Observations de la composition atmosphérique par mesures infrarouges en occultation solaire depuis la station d’izana (Tenerife) et la nouvelle plateforme Oasis à Créteil

par Camille Viatte

Thèse de doctorat en Sciences de l'Univers et Environnement

Sous la direction de Johannes Orphal.

Le président du jury était Jean-Marie Flaud.

Le jury était composé de Johannes Orphal, Pascale Chelin, Didier Hauglustaine, Vincent-Henri Peuch.

Les rapporteurs étaient Sébastien Payan, Michel Van Roozendael.


  • Résumé

    Pour quantifier l'influence des activités humaines sur le climat et en particulier sur la composition chimique de l'atmosphère, il est primordial de disposer de mesures continues et homogènes. C'est pourquoi l'objet de ce travail de thèse a consisté, dans un premier temps, à installer une nouvelle station d'observation (OASIS pour Observations Atmosphériques par Spectrométrie Infrarouge Solaire) sur le toit de l'Université Paris-Est à Créteil, pour mesurer des spectres d'absorption solaire dans l'infrarouge, en vue d'analyser les concentrations de gaz traces et leurs différentes variabilités temporelles. Cette étude est centrée sur deux molécules clés de l'atmosphère impliquées, à diverses échelles, dans les problèmes environnementaux actuels : l'ozone (O3) et le monoxyde de carbone (CO). Le développement de la méthode expérimentale et l'adaptation du code d'inversion (PROFFIT) a permis de restituer les colonnes totales et partielles de ces deux espèces. Pour valider les performances de cet instrument et de la méthode employée, les résultats des analyses de OASIS ont été comparés avec diverses données corrélatives provenant de mesures au sol (SAOZ pour l'O3), de satellites (IASI, GOME-2, OMI, pour l'O3, et MOPITT et IASI pour le CO) et de modèles globaux (REPROBUS pour l'O3 et MOCAGE pour le CO). Les résultats ont montré de très bons accords et prouvent la qualité du spectromètre à moyenne résolution, de la station OASIS, pour mesurer les concentrations de l'O3 et du CO atmosphérique. Une partie de ce travail a également concerné la validation des performances des instruments spatiaux actuels de détection de l'ozone atmosphérique, grâce à la campagne de mesures (avril-mai 2009) que j'ai réalisée à Izaña (Tenerife). Cette station, située en région sub-tropicale, à 2370 m d'altitude et en milieu non pollué, est intégrée dans le réseau NDACC, et possède un spectromètre à haute résolution spectrale. Les concentrations d'ozone issues des inversions de ses spectres ont été comparées aux données fournies par un instrument au sol (Brewer, situé sur le même site) et par plusieurs instruments satellitaires (IASI, OMI, GOME-2). Les résultats ont présenté d'excellents accords. Les diverses variabilités temporelles observées à Izaña et à Créteil (saisonnière, inter-journalière, diurne et événements extrêmes) ont été interprétées et les capacités respectives de ces instruments (haute et moyenne résolution spectrale) ont fait l'objet d'une discussion détaillée

  • Titre traduit

    Measurements of atmospheric trace gases using Fourier-Transform Infrared Spectroscopy at Izaña (Tenerife) and using a new observatory (OASIS) at Créteil near Paris (France)


  • Résumé

    In the frame of atmospheric composition change related to human activities, homogeneous and continuous atmospheric measurements have to be performed. This is why a new observatory (called OASIS for Observation of the Atmosphere by Solar occultation Infrared Spectroscopy) has been installed on the roof of the University of Paris-Est in order to analyze concentrations and variations of key atmospheric trace species, such as ozone and carbon monoxide. Development of experimental methodology and adaptation of inversion code (PROFFIT) allow to retrieved total and partial columns of these gases. Results are compared to different data from ground-based (SAOZ for O3), satellites (IASI, GOME-2, OMI, for O3, and IASI and MOPITT for CO) and from atmospheric model calculations (REPROBUS for O3 and MOCAGE for CO). Very good correlations were found, showing that a middle resolution instrument, such as OASIS is able to monitor atmospheric trace gases with a good accuracy. Then, thanks to a measurements campaign (April-May 2009), realized at Izaña (Tenerife, clear atmospheric conditions) observatory which is equipped with high resolution spectrometer, we provide valuable information about the performance of various total column ozone measuring instruments from ground (Brewer) and space (IASI, OMI, GOME-2). All temporal O3 and CO variabilities (seasonal, day-to-day, diurnal and extreme events) observed at both sites, such as respective high and middle resolution instruments capabilities were discussed in details


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