Dans les années à venir, les satellites Meteosat Third Generation - S (MTG-S) d’EUMETSAT seront lancés avec à leur bord un instrument aux caractéristiques précieuses. Le MTG - Infrared Sounder (IRS) représentera une innovation majeure pour la surveillance de l’état chimique de l’atmosphère, car, à l’heure actuelle, les observations de ces paramètres proviennent principalement de mesures in situ (géographiquement hétérogènes) et d’instruments embarqués à bord de satellites en orbite polaire (fortement dépendants du passage du satellite, qui est limité, sur une zone géographique spécifique, à très peu de fois par jour). MTG-IRS présentera de nombreuses potentialités dans le domaine de la détection de différentes espèces atmosphériques et aura l’avantage d’être basé sur une plateforme géostationnaire et d’acquérir des données avec une fréquence temporelle élevée (toutes les 30 minutes sur l’Europe), ce qui facilite le suivi, entre autres, du transport des espèces d’intérêt.
C’est dans ce contexte que s’inscrit le présent travail de recherche, qui vise à évaluer l’impact de l’assimilation des radiances IRS au sein d’un modèle de chimie-transport, tel que le Modèle de Chimie Atmosphérique de Grande Echelle (MOCAGE), c’est-à-dire le modèle opérationnel à Météo-France.
Alors que MTG-IRS est encore en cours de construction et de validation par Thales Alenia Space, qui est en charge de son développement, l’avenir est déjà exploré. Un instrument IRS aux caractéristiques très similaires au premier, mais avec un échantillonnage spectral plus élevé (à savoir 0.325 cm−1 contre le 0.605 cm−1 de la première version) est déjà envisagé. Le deuxième objectif de ce projet est donc d’évaluer les différentes contributions que les deux versions de l’instrument pourraient éventuellement apporter en fournissant des informations sur la composition de l’atmosphère lorsqu’elles sont assimilées dans un MCT tel que MOCAGE.
Pour réaliser cette évaluation, les observations d’IRS (pour les deux versions étudiées) ont dû être simulées aussi précisément que possible, puisque IRS n’est pas encore en orbite et que sa version avec un échantillonnage spectral plus élevé est encore en cours d’évaluation. Pour ce faire, la méthode OSSE (Observing System Simulation Experiment) a été exploitée. Parmi les espèces auxquelles IRS sera sensible, celle traitée dans le cadre de cette étude est l’ozone.
Cependant, les bases ont été posées afin de pouvoir étendre la recherche à d’autres espèces
dans les travaux qui suivront cette thèse.
Les résultats obtenus dans le cadre de l’étude indiquent que l’assimilation des radiances synthétiques d’IRS, dans ses deux versions, a toujours un impact positif sur l’analyse de l’ozone à partir du modèle MOCAGE.
La contribution d’IRS*2 par rapport à IRS dépend des niveaux atmosphériques. Dans la stratosphère, l’assimilation IRS semble faire mieux que celle d’IRS*2. En revanche, dans la troposphère, l’assimilation des luminances IRS*2 dans MOCAGE fournit des résultats plus proches de la réalité de référence par rapport à ceux obtenus avec les données IRS. |
In the coming years, EUMETSAT’s Meteosat Third Generation - S (MTG-S) satellites will be launched with an instrument of valuable features on board. The MTG - Infrared Sounder (IRS) will represent a major innovation for the monitoring of the chemical state of the atmosphere, since, at present, observations of these parameters mainly come from in situ measurements (geographically uneven) and from instruments on board of polar-orbiting satellites (highly dependent on the scanning line of the satellite itself, which is limited, over a specific geographical area, to very few times per day). MTG-IRS will present many potentialities in the area of detecting different atmospheric species and will have the advantage of being based on a geostationary platform and to acquire data with a high temporal frequency (every 30 minutes over Europe), which makes easier to track, among the others, the transport of the species of interest.
This is the context for the present research work, which aims to evaluate the impact of the assimilation of IRS radiances within a chemical transport model (CTM), such as the Modèle de Chimie Atmosphérique de Grande Echelle (MOCAGE), i.e. the CTM operational in Météo-France.
While MTG-IRS is still being built and validated by Thales Alenia Space, which is in charge of its development, the future is already being explored. An IRS instrument with very similar characteristics to the first one, but with a better spectral sampling (namely 0.325 cm−1 vs the 0.605 cm−1 of the first version) is already envisaged. The second objective of this project is, therefore, to assess the different contributions that the two instrument versions could possibly make in providing atmospheric composition information when assimilated into a CTM such as MOCAGE.
In order to make this evaluation, IRS observations (for both its studied versions) had to be simulated as accurately as possible since IRS is not yet in orbit, and its version with a higher spectral sampling is still being evaluated. To do so, the Observing System Simulation Experiment (OSSE) method was exploited. Of the species to which IRS will be sensitive, the one treated along this study was the ozone. However, the groundwork has been laid in order to be able to extend the research to other species in any work that will follow this thesis.
The results obtained from the present study indicate that the assimilation of synthetic radiances of IRS, in both its versions, always has a positive impact on the ozone analysis from the model MOCAGE.
Contribution of IRS*2 versus IRS depends on the atmospheric levels. In the stratosphere IRS assimilation seems to do better than that of IRS*2. In the troposphere, on the other hand, assimilating IRS*2 radiances into MOCAGE provides results that are closer to the reference reality compared to those obtained using IRS data. |