Post on 03-Apr-2015
E-Mail: theoret@hermes.usherb.ca Site web: http://go.to/timelapse
Xavier ThéorêtXavier Théorêt
Maîtrise en télédétection, CARTELDép. de Géographie et Télédétection
Université de SherbrookeACFAS, mai 2001
1) Introduction aux aérosols
2) Problématique
Tous films et images: (c)Xavier Théorêt(à moins de référence contraire)
3) Hypothèse
4) Équipement
5) Résultats visuels
6) Effet de l’atmosphère
7) Méthodologie: 2 étoiles
8) Résultats préliminaires
10) Conclusion
AEROSTARAEROSTAR
AEROSOLSAEROSOLS
AEROSOLSAEROSOLS
AEROSOLSAEROSOLS
AEROSOLSAEROSOLS(Nocturnes)
AEROSOLSAEROSOLS(Nocturnes)
AEROSOLS
Feux Volcans Sol et désert
•Transferts de chaleur
•Réaction chimique
•Effet de catalyseur
Homme
Impacts climatiques+
Impacts sur la santé
Mer
Atténuation
Diffusion -Absorption
= 4
où , est le coefficient d’Angström et est la longueur d’onde
Aérosolsgrossiers ~ 0.5
Aérosolsfins ~ 2
L’identification est donc possible
•Capte la lumière•Chaleur
Exemple:suie ou fumée
Molécules(Air)
Spectroradiomètre
Le spectroradiomètre CIMEL est un bonoutil pour mesurer les aérosols.
Instrument qui mesure le rayonnementsolaire à plusieurs longueur d ’onde.
P. Cliche
Instrument pour la mesure d ’aérosols:
Standard et complètement automatisé
Les mesures au CARTEL: spectroradiomètres solaire CIMEL. (En réseau AERONET et AEROCAN)
Station du CARTEL; Toit du Pavillon A4, Université de Sherbrooke, mosaïque Xavier Théorêt
...mais impossibilité d ’effectuer des mesures:Nuit
Soleil bas
Problématique (1/3)
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 (2/3)
Certains phénomènes tel la brume arctique (arctique haze) ne se produisent que l’hiver/début du printemps.
Autres méthodes de mesures nocturnes:
Ballon sonde et Lidar
•Mesures ponctuelles (temps & espace)•Coût élevé•Main d œuvre requise•Suivi régulier et continu difficile
On sait que...
1
2
3
Le soleil étant absent pendant cette période, ils ne peuvent donc pas être observés par les spectroradiomètres solaire conventionnels. Leur étude est donc partielle.
Les aérosols participent aussi à des réactions photochimiques différentes en l ’absence du soleil.
Problématique (3/3)
Hypothèse: Les étoiles au lieu du soleil
Étoiles
Limitation: sources stellaires ou quasi-ponctuelles.
Très grand choix de sources dequalité et de différentes luminosités.
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
CCD
Pictor 416XTCCD Imageur
Équipement: CCD
*Charged Coupled Device (CCD)
Meade SCTLX200, 10``
Équipement: Télescope
CCDTélescope
Grille
Équipement: Grille
TélescopeCCD
Ordinateur
Équipement: Ordinateur
CCDTélescope
Grille
Logiciel d’extractionet de contrôle.
M. Aubé
Analyse du premier ordre (encadré):
Champ de vue de la caméra CCD
Quelques résultats spectroscopiques visuels
Mercure: Bleu/Vert (Mélange Ar/Hg, notez les raie de l ’Ar)
Néon: Rouge/Orange
Argon: Intense pour le capteur... mais faible lueur à l ’oeil!
Influence de l’atmosphère sur un spectre stellaire
CCD et/outélescope
O2
H2O
O2CCD
m
Uo
Um
Fig. 8: Schéma pour une source (soleil)
Um = Uo e -m j (1)
Loi Beer-Lambert:
ln Um = ln Uo -m j (2) ln Um1 = ln Uo1 - n m1 (4)
ln Um2 = ln Uo2 - n m2
Um1 = U01 e -nm1 (3)Um2 = U02 e -nm2
Loi Beer-Lambert:
m2
U02
Um1, Um2
Uo1
m1
2
Fig. 9: Schéma pour deux sources
forme “ Y= B + -j X ” mU
U
U
Un
m
m )ln()ln(02
01
2
1 (5)
•Une seule source
•Méthode des spectroradiomètres solaires
Méthodes de mesure à deux étoiles (1/2)
•Cette équation ne requiert pas de conversion compte de photons <=> Énergie incidente.
•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 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 n.
mU
U
U
Un
m
m )ln()ln(02
01
2
1
Avantages:
La méthode avec deux étoiles a été développée par Leiterer et al., 1995
Méthodes de mesure à deux étoiles (2/2)
Premiers résultats aérosols obtenus (1/2)
Épaisseur optique en fonction du temps
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
3:43:12 3:57:36 4:12:00 4:26:24 4:40:48 4:55:12 5:09:36
Heure
Ép
aiss
eur
op
tiq
ue
pour = 500 nm(méthode deux étoiles)
Épaisseur optique totale moyenne: ~ 0.29
tot = r + H20 +O3 + aérosol + NOx
où r : Rayleigh, molécules de l'air (Azote et Oxygène).H20 : Vapeur d'eau. O3 : Ozoneaérosol : Aérosols NOx : Oxydes d'azote
Épaisseur optique aérosol 5 avril moyen CIMEL
0.00000
0.05000
0.10000
0.15000
0.20000
0.25000
0.30000
0.35000
0.40000
0 200 400 600 800 1000 1200
Lambda
AO
T
05-avr
06-avr
500 nm
670 nm AOTmoy.
mesuréaerostar
et par aerostar
nm
Premiers résultats aérosols obtenus (2/2)
En première approximation on pose: tot = r + H20 +O3 + aérosol + NOx
= 0.14 + 0 + 0 + aérosol(500nm) + 0
aérosol(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.