Qiaoyun HU

Laboratoire d'Optique Atmosphérique

19 décembre 2018, 14h00, Amphithéâtre P. Glorieux, CERLA, ­ Université de Lille

 

Abstract (EN)

Advanced aerosol characterization using sun/sky photometer and multi-wavelength Mie-Raman lidar measurements

There are two objectives in this study : (i) aerosols characterization using multi-wavelength Mie-Raman lidar and (ii) the retrieval of aerosol properties through lidar and sun/sky pho- tometer joint measurements. The measurements investigated were recorded in two obser- vation sites : Lille (France) and M’bour, (Senegal). The measurements in M’bour were conducted in the SHADOW2 (Study of SaHAran Dust Over West Africa) campaign, in the framework of Labex CaPPA.

Aerosol characterization presented in this study concerns Saharan dust in M’Bour, long- range transported dust and Canadian smoke, as well as dust-smoke mixtures. Dust proper- ties during the dry season and the transition period from dry to wet season, are characteri- zed with lidar measurements in M’Bour. We found the contrast of dust properties during the two periods, explained by the intrusion of marine aerosols. Long-range transported Saharan dust in Lille showed distinct properties compared to the observations in M’Bour, indicating the impact of the transport process. Transported Canadian smoke plumes were detected at high altitude over Lille and exhibit surprisingly high depolarization ratios, which is possibly caused by the smoke ageing process. Additionally, dust-smoke mix- tures measured in M’Bour and Lille point out the differences of aerosol origins.

In the second part of this study, lidar volume linear depolarization ratio has been inclu- ded in the aerosol retrieval algorithm GARRLiC/GRASP. Sensitivity tests are performed to test the performance of GARRLiC/GRASP under different aerosol content, with dif- ferent sphere fraction and with different error levels of molecular depolarization ratio and calibration coefficient. Then GARRLiC/GRASP is applied to real sun/sky photometer and lidar measurements and the retrievals are compared with results from independent methods for verification. The comparison shows that GARRLiC/GRASP retrievals are very consistent with the results from independent methods, but tend to produce 10% lo- wer dust particle depolarization ratio compared to the lidar measurements.

Over all, our results are relevant to the European scientific community since GARR- LiC/GRASP is being implemented in the ACTRIS data and service center. This work will benefit to the evaluation of future European space missions.

Key words : Aerosol characterization ; remote sensing ; inversion algorithm

Thesis supervisor :
Philippe GOLOUB, LOA

Thesis co-supervisor :
Oleg Dubovik, LOA

Examiners :
Adolfo Comeron
Igor Veselovskii
Iowna Stachlewska
Lucas Alados Arboledas

Referees :
Albert Ansmann
Valery Shcherbakov


Résumé (FR)

Advanced aerosol characterization using sun/sky photometer and multi-wavelength Mie-Raman lidar measurements

Les recherches que nous présentons ont principalement deux objectifs. D’une part la caractérisation des aérosols à l'aide du lidar  Mie-Raman LILAS et d’autre part la restitution des propriétés aérosols par l’inversion simultanée des mesures Lidar et photométriques à l’aide l’algorithme GARRLIC/GRASP.

Les données analysées proviennent des super-sites d’observations de Lille (Hauts-de-France) et M'Bour (site côtier, Sénégal). Les mesures de M'Bour ont été acquises pendant SHADOW-2 (Study of SaHAran Dust Over West Africa), campagne réalisée dans le cadre du labex CaPPA. L’étude porte, tout d’abord, sur les poussières sahariennes caractérisées prés des sources (Sénégal), puis les aérosols sahariens transportés à longue distance, les particules de fumée issues des feux de forêt canadiens, leur mélange caractérisés depuis le site de Lille. Pendant la saison sèche et la période de transition (i.e. de la saison sèche à la saison humide), les propriétés des poussières déduites du lidar LILAS opérant à M'Bour présentent des différences, en partie explicables par l'intrusion d’aérosols marins. Les poussières sahariennes transportées à longue distance et observées à Lille présentent des caractéristiques bien distinctes de celles de M'Bour, témoignant de l'impact du transport. A Lille, d’importants panaches de particules de fumée issus du Canada ont été détectés jusqu’à très haute altitude et présentent des rapports de dépolarisation étonnamment élevés, liés, en partie, au processus de vieillissement.

Dans la seconde partie de notre travail, nous nous sommes focalisés sur la validation, à l’aide de plusieurs cas d’étude, et d’une méthode indépendante, de l’algorithme GARRLIC/GRASP. En particulier, nous avons étudié l’apport de la dépolarisation lidar sur la restitution des propriétés caractéristiques des aérosols restituées. La comparaison montre une très bonne cohérence avec les résultats de méthodes indépendantes, sauf sur la dépolarisation (biais de l’ordre de 10%). Ces cas d’étude ont également permis de mesurer les profils d’absorption des aérosols, paramètre clef pour préciser leur impact radiatif. Nos résultats démontrent l’intérêt de l’algorithme GARRLIC/GRASP, en cours d’implémentation au Centre ICARE/AERIS, dans le cadre du projet et de l’infrastructure ACTRIS. Nos travaux aussi démontrent la pertinence des données du lidar et du photomètre sur les sites remarquables de Lille et M’Bour,  et de leur interprétation à l’aide d’algorithmes tels que GARRLIC/GRASP pour la caractérisation fine des aérosols pour permettant leur impact radiatif et pour l’évaluation des futures missions de l’Agence Spatiale Européenne.

Directeur de thèse :
Philippe GOLOUB, LOA

Co-directeur de thèse :
Oleg Dubovik, LOA

Examinateurs :
Adolfo Comeron
Igor Veselovskii
Iowna Stachlewska
Lucas Alados Arboledas

Rapporteurs :
Albert Ansmann
Valery Shcherbakov

date: 
Mercredi, 19 Décembre, 2018 - 14:00
descriptif etiquette: 
LOA Université de Lille