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

Titre et résumé de thèse

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

Laboratoire: LOA

Financements: Région Nord-Pas-de-Calais / Labex CaPPA

Publications scientifiques

(1) Cheng Chen, Oleg Dubovik, Daven K. Henze, Tatyana Lapyonak, Mian Chin, Fabrice Ducos, Pavel Litvinov, Xin Huang, Lei Li (2018), Retrieval of desert dust and carbonaceous aerosol emissions over Africa from POLDER/PARASOL products generated by GRASP algorithm. Atmos. Chem. Phys. Discuss. http://doi.org/10.5194/acp-2018-35.

(2) Li, Z., Zhang, Y., Shao, J., Li, B., Hong, J., Liu, D., Li, Lei. & Zhang, F., (2016), Remote sensing of atmospheric particulate mass of dry PM 2.5 near the ground: Method validation using ground-based measurements. Remote Sensing of Environment, 173, 59-68.

(3) Li, Z., Li, L. (Corresponding), Zhang, F., et al. (2015), Comparison of aerosol properties over Beijing and Kanpur: Optical, physical properties and aerosol component composition retrieved from 12 years ground-based Sun-sky radiometer remote sensing dat. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 120(4), 1520-1535.

(4) Zhang, Y., Li, Z., Cuesta, J., Li, D., Wei, P., Xie, Y., & Li, L. (2015), Aerosol column size distribution and water uptake observed during a major haze outbreak over Beijing on January 2013. Aerosol and Air Quality Research, 15(3), 945-957.

(5) Xie, Y., Li, Z., Li, L., et al. (2014), Study on influence of different mixing rules on the aerosol components retrieval from ground-based remote sensing measurements. Atmospheric Research, 145, 267-278.

Présentations orales et poster

Présentations orales

Posters

(6) Lei LI, Oleg DUBOVIK, Yevgeny DERIMIAN, Tatyana LAPYONOK, Gregory L SCHUSTER, Fabrice DUCOS. GRASP retrievals of aerosol chemical composition from PARASOL satellite observations over Africa. IRePSE (Institut de Recherches Pluridisciplinaires en Sciences de l’Environnement), July 2017, France.

(7) Lei LI, Oleg DUBOVIK, Yevgeny DERIMIAN, Tatyana LAPYONOK, Gregory L SCHUSTER, Fabrice DUCOS. GRASP retrievals of aerosol chemical composition from PARASOL satellite observations over Africa. ICAC (International Conference on Aerosol Cycle), March 2017, France.

(8) Lei LI, Oleg DUBOVIK, Yevgeny DERIMIAN, Tatyana LAPYONOK, Gregory L SCHUSTER, Fabrice DUCOS. Retrievals of aerosol composition from PARASOL satellite observations. Journée Scientifique Labex CaPPA, July 2016, France.

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