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Xavier Théorêt
Maîtrise en télédétection, CARTEL
Dép. de Géographie et Télédétection
Université de Sherbrooke
ACFAS, mai 2001
E-Mail: [email protected]
Site web: http://go.to/timelapse
1) Introduction aux aérosols
2) Problématique
3) Hypothèse
4) Équipement
5) Résultats visuels
6) Effet de l’atmosphère
7) Méthodologie: 2 étoiles
8) Résultats préliminaires
Tous films et images: (c)Xavier Théorêt
(à moins de référence contraire)
10) Conclusion
AEROSTAR
AEROSOLS
AEROSOLS
AEROSOLS
AEROSOLS
(Nocturnes)
AEROSOLS
(Nocturnes)
Feux
Volcans
Mer
Homme
Sol et désert
AEROSOLS
•Transferts de chaleur
Impacts climatiques
•Réaction chimique
+
•Effet de catalyseur
Impacts sur la santé
Atténuation
Absorption
Exemple:
•Capte la lumière
suie ou fumée •Chaleur
Diffusion
a=4
~ l-a
a = [0, 3[
Molécules Aérosols
fins
(Air)
a~2
Aérosols
grossiers
a ~ 0.5
L’identification
est donc possible
où a, est le coefficient d’Angström
et l, est la longueur d’onde
Instrument pour la mesure d ’aérosols:
Le spectroradiomètre CIMEL est un bon
outil pour mesurer les aérosols.
Standard et complètement automatisé
Instrument qui mesure le rayonnement
solaire à plusieurs longueur d ’onde.
P. Cliche
Spectroradiomètre
Problématique (1/3)
Les mesures au CARTEL: spectroradiomètres solaire CIMEL.
(En réseau AERONET et AEROCAN)
...mais impossibilité d ’effectuer des mesures:
Nuit
Soleil bas
Station du CARTEL; Toit du Pavillon A4, Université de Sherbrooke, mosaïque Xavier Théorêt
Problématique (2/3)
Problématique (2/3)
Problème important aux pôles...
...où la nuit dure presque 6 mois.
À la station Alert, la nuit dure 70 jours où
il est impossible de mesurer les aérosols.
Problématique (3/3)
On sait que...
1
Certains phénomènes tel la brume arctique (arctique haze) ne se
produisent que l’hiver/début du printemps.
2
Le soleil étant absent pendant cette période, ils ne peuvent donc pas
être observés par les spectroradiomètres solaire conventionnels.
Leur étude est donc partielle.
3
Les aérosols participent aussi à des réactions photochimiques
différentes en l ’absence du soleil.
Autres méthodes de mesures nocturnes:
Ballon sonde
et Lidar
•Mesures ponctuelles (temps & espace)
•Coût élevé
•Main d œuvre requise
•Suivi régulier et continu difficile
Hypothèse: Les étoiles au lieu du soleil
Limitation: sources stellaires
ou quasi-ponctuelles.
Très grand choix de sources de
qualité et de différentes luminosités.
Étoiles
Disponible en tout temps dans
l ’année, en presque toute directions.
Stabilité de la source lumineuse.
Équipement: Plan général
Équipement: Plan général
Équipement: Plan général
Équipement: CCD
CCD
Pictor 416XT
CCD Imageur
*Charged Coupled Device (CCD)
Équipement: Télescope
Télescope
CCD
Meade SCT
LX200, 10``
Équipement: Grille
Télescope
CCD
Grille
Équipement: Ordinateur
Télescope
Grille
CCD
Logiciel d’extraction
et de contrôle.
Ordinateur
Analyse du premier ordre (encadré):
M. Aubé
Champ de vue de la caméra CCD
Quelques résultats spectroscopiques visuels
Néon: Rouge/Orange
Mercure: Bleu/Vert (Mélange Ar/Hg, notez les raie de l ’Ar)
Argon: Intense pour le capteur... mais faible lueur à l ’oeil!
Influence de l’atmosphère sur un spectre stellaire
O2
H2O
CCD et/ou
télescope
CCD
O2
Méthodes de mesure à deux étoiles (1/2)
Uo1
Uo
q
U02
f2
m
m
m2
Um
f1
Um1, Um2
•Une seule source
Fig. 8: Schéma pour une source (soleil)
Fig. 9: Schéma pour deux sources
Loi Beer-Lambert:
Um = U o  e
-m dj
ln Um = ln Uo -m  dj
Loi Beer-Lambert:
(1)
(2)
forme “ Y= B + -dj X ”
•Méthode
des
-dnm1
Um1 = U01  e
spectroradiomètres
Um2 = U02  e -dnm2
solaires
ln Um1 = ln Uo1 - dn  m1
ln Um2 = ln Uo2 - dn  m2
ln(
U m1
U m2
) = ln(
U 01
)  d n m
U 02
(3)
(4)
(5)
Méthodes de mesure à deux étoiles (2/2)
Avantages:
•Cette équation ne requiert pas de conversion compte
de photons <=> Énergie incidente.
ln(
U m1
U m2
) = ln(
U 01
)  d n m
U 02
•Le rapport ln (U01/ U02) est constant et peut être
connu.
• m est trouvé à partir de la déclinaison des étoiles
par rapport à l’horizon local.
La méthode avec deux
étoiles a été développée
par Leiterer et al., 1995
• La vitesse avec laquelle nous obtenons m n’est pas
limité par la rotation de la Terre et le moment de la
journée.
•Le spectre de chaque étoile, nous donne le rapport
ln (Um1/ Um2) et nous avons finalement dn.
Premiers résultats aérosols obtenus (1/2)
Épaisseur optique en fonction du temps (méthode deux étoiles)
pour l = 500 nm
0.70
Épaisseur optique
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
3:43:12
3:57:36
4:12:00
4:26:24
4:40:48
4:55:12
Heure
dtot = dr + dH20 +dO3 + daérosol + dNOx
où
dr : Rayleigh, molécules de l'air (Azote et Oxygène).
dH20Épaisseur
: Vapeur optique
d'eau. totale dO3
: Ozone
moyenne:
~ 0.29
daérosol : Aérosols
dNOx : Oxydes d'azote
5:09:36
Premiers résultats aérosols obtenus (2/2)
Épaisseur optique aérosol 5 avril moyen CIMEL et par aerostar
0.40000
0.35000
0.30000
0.25000
05-avr
AOT
0.20000
06-avr
0.15000
0.10000
AOT
moy.
mesuré
aerostar
670 nm
0.05000
500 nm
0.00000
0
200
400
600
800
1000
1200
Lambda nm
En première approximation on pose:
dtot = dr + dH20 +dO3 + daérosol + dNOx
0.30 = 0.14 + 0 + 0 + daérosol(500nm) + 0
daérosol(500nm) ~ 0.16
•La résolution théorique du système utilisé est de 1.31 nm, en
pratique elle est environ de 8~10nm à cause de la turnulence de
l ’air, du focus, vibrations, etc...
•Présentement l’étoile doit être visible dans l ’image car elle sert
de repère à l ’axe des longueurs d ’onde. En dévelloppement...
•Les résultats préliminaires sont à raffiner mais ceux obtenus sont
en accord avec les mesures observées le jour par le
spectroradiomètre CIMEL.
•Ce système a de forte chance d’être une bonne solution, peu
coûteuse, au manque de mesure des aérosols la nuit.
Merci aux organisateurs de l ’ACFAS pour m ’avoir
donné l ’opportunité de faire cette présentation.
...au FCAR et le CRSNG pour le financement de ce
projet.
...à Martin Aubé pour avoir eu l ’idée d ’appliquer un
moustiquaire à un télescope.
...à Alain Royer et Norm O ’Neill pour l ’encadrement.