Lei LI

Laboratoire d'Optique Atmosphérique (LOA)

31 janvier 2018, 09:30, Amphi P. Glorieux (CERLA)

PhD defense will be in english.
La thèse sera soutenue en anglais.

Résumé (FR)

Suivi de la composition chimique des aérosols par télédétection : vérification du concept et développement de la méthodologie

La détermination de la composition chimique des aérosols atmosphériques est essentielle pour le climat terrestre et l’environnement. Néanmoins, les mesures in situ qui permettent d’accéder à cette composition sont limitées et les modèles de chimie‐transport peuvent ne pas représenter bien la réalité. Notre travail de thèse a consisté à développer une nouvelle approche afin de remonter à la composition des aérosols à grande échelle par télédétection. Les modèles de mélange des composants des aérosols, soit par proportion en volume soit par l’approximation de Maxwell Garnett qui relient les propriétés optiques à la composition, ont été incorporés dans l’algorithme de restitution des propriétés atmosphériques (GRASP). La nouveauté du concept réside dans la restitution directe des composants chimiques de l’aérosol plutôt que dans une estimation indirecte à partir des propriétés optiques retrouvées. Les tests synthétiques ont montré une sensibilité des observations de satellite POLDER/PARASOL à la présence d’éléments chimiques clés des aérosols. La méthodologie a ensuite été appliquée aux mesures réelles. Les caractéristiques optiques dérivées de PARASOL en utilisant le module de composition chimique ont montré un bon accord (R de ~ 0,9 pour l’épaisseur optique) avec nos mesures de la référence — le réseau AERONET. La méthodologie a aussi été appliquée aux mesures de AERONET. Les variabilités spatiale et temporelle de la composition de l’aérosol ainsi retrouvée correspondent bien à nos attentes. La composition obtenue a également été validée à l’aide de données de campagne du terrain et a pu être comparée avec les simulations réalisées avec le modèle chimie‐transport GOCART.

 

Directeurs de thèse :
Oleg DUBOVIK, Directeur de recherche CNRS, CNRS/Université Lille
Yevgeny DERIMIAN, Charge de recherche CNRS/Université Lille

Rapporteurs :
Lorraine A. REMER, Professor, University of Maryland, Baltimore
Mian CHIN, Senior Scientist, NASA Goddard Space Flight Center

Examinateurs :
Philippe GOLOUB, Professor, Université Lille
Gregory L. SCHUSTER, Senior Scientist,  NASA Langley Research Center
Daven K. HENZE, Associate Professor, University of Colorado, Boulder

 


Abstract (EN)

Monitoring of aerosol chemical composition by remote sensing: Verification of the concept and methodology development

Determination of atmospheric aerosol chemical composition has a great importance for Earth’s climate and environment. However, in situ measurements that enable determination of aerosol composition are limited in time and space, while simulations by chemical transport models may not accurately describe the reality. The current thesis presents a novel methodology for monitoring of aerosol composition by remote sensing on large spatial and temporal scale. Namely, the volume-weighted and Maxwell-Garnett models, which link the aerosol optical properties and chemical composition, were incorporated into the first versatile algorithm (GRASP) that derives the atmospheric properties from remote sensing. The concept proposes the direct retrieval of fractions of aerosol chemical components instead of post-processing estimate of the aerosol composition from the retrieved optical properties (refractive index, aerosol sizes). The tests showed sufficient sensitivity of the POLDER/PARASOL satellite observations to presence of key aerosol chemical elements. Then, the methodology was applied for the real PARASOL measurements. The aerosol optical characteristics derived from PARASOL using the chemical composition module demonstrated a good agreement with our reference measurements – AERONET ground-based network (e.g., R of ~ 0.9 for AOT). The methodology was then applied to the AERONET measurements as well. The obtained spatial and temporal patterns of aerosol composition agree well with known physical expectations. The retried aerosol composition was validated using available field campaign data and inter-compared with GOCART chemical transport model simulations. 

Thesis supervisors :
Oleg DUBOVIK, Directeur de recherche CNRS, CNRS/Université Lille
Yevgeny DERIMIAN, Charge de recherche CNRS/Université Lille

Referees :
Lorraine A. REMER, Professor, University of Maryland, Baltimore
Mian CHIN, Senior Scientist, NASA Goddard Space Flight Center

Examiners :
Philippe GOLOUB, Professor, Université Lille
Gregory L. SCHUSTER, Senior Scientist,  NASA Langley Research Center
Daven K. HENZE, Associate Professor, University of Colorado, Boulder

date: 
Mercredi, 31 Janvier, 2018 - 09:30
descriptif etiquette: 
LOA Université de Lille Sciences et Technologies