Dans le contexte actuel, la caractérisation des composants de l’atmosphère tels que les gaz à effet de serre et les aérosols constitue un enjeu majeur. Le GIEC a identifié dans son dernier rapport que les aérosols contribuent à la plus grande part des incertitudes dans l'estimation des facteurs du réchauffement climatique. Il convient donc de développer des outils et des méthodes permettant de mieux estimer les propriétés microphysiques des aérosols.
Cette thèse vise à montrer l'apport d'un lidar multispectral mettant notamment des longueurs d'onde dans le proche infrarouge, à la caractérisation des aérosols. En effet, par rapport à un classique lidar mono-longueur d'onde, l'information contenue dans les profils multispectraux permet de remonter aux propriétés microphysiques des aérosols (distribution en taille et composition).
Au cours de la thèse, un simulateur de signaux lidar multispectraux existant a été adapté à notre étude afin de pouvoir développer deux méthodes permettant de retrouver les propriétés microphysiques des aérosols le long de la ligne de visée. Un bilan de performance de ces deux méthodes a été réalisé en considérant des erreurs aléatoires et/ou des biais sur les données d’entrée. Le développement d’une chaine complète de simulation (directe/inverse) a permis de s’intéresser notamment à l’impact de la morphologie (forme/enrobage) des aérosols sur les propriétés microphysiques retrouvées, mais aussi de quantifier l’apport de longueurs d’onde supplémentaires dans le schéma d’inversion. Enfin une des deux méthodes a pu être validée sur un jeu de données réelles, issu d'une collaboration avec le RSLab de Barcelone, en comparant nos résultats à ceux provenant du réseau AERONET. |
The purpose of this thesis is to show the contribution of a multispectral lidar for the characterisation of aerosols, in particular when wavelengths in near infrared are added. Indeed, compared with a mono-wavelength lidar, the information contained in multispectral profiles allow to retrieve the microphysical properties of aerosols (particule size distribution and composition). To this end, we adapted a multispectral lidar signal simulator to our study in order to develop and test two methods which objective is to obtain the microphysical properties of aerosol along the line-of-sight from synthetic lidar signals.
The first method, based on the inversion of lidar signals, enables to find the length distribution of aerosols and therefore to deduce their concentration and their modal radius. This method requires a priori information about the aerosols. An error budget was made by introducing uncertainties on the a priori parameters. It shows that the results obtained regarding the concentration and modal radius are accurate (respectively 16% and 17% uncertainty). The advantage of this method is that it does not require absolute calibration of the instrument.
The principle of the second method is to minimize the difference between the studied and the simulated signals. Even if the accuracy on the size distribution is lower (35% and 40% on the concentration and modal radius) and the calibration constant of the instrument has to be known, this method has the advantage to find the concentration of the aerosols in 74% of the cases.
Finally, the first method was validated on real data, coming from a collaboration with the RSLab (Barcelona), by comparing our results with those obtained by this team (7% difference on the modal radius).
|