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 -dnm1 Um1 = U01 e spectroradiomètres Um2 = U02 e -dnm2 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.