Retrieval of infrared spectra in thermal emission of the low Earth's atmosphere recorded under balloon by Fourier transform spectroscopy in nadir looking: preparation of space mission IASI
Inversion de spectres infrarouges en émission thermique de la basse atmosphère terrestre enregistrés sous ballon par transformée de Fourier en visée au nadir : préparation de la mission spatiale IASI
Résumé
In the framework of the preparation to the space mission IASI/MetOp, the LPMA is obtaining thermal infrared emission spectra of the lower atmosphere in the nadir viewing geometry using the IASIballoon experiment. From these spectra, we have examined in this thesis the retrieval of columns and profiles of species of atmospheric importance by combining a radiative transfer model and an inversion algorithm. Processing spectra recorded during the IASI02 balloon flight allowed us to determine the O3 profile as well as CH4, N2O and CO total columns. These results were compared with those obtained with the SCIAMACHY instrument onboard the ENVISAT satellite. Among the tools available for solving inverse problems, weighting functions, averaging kernels and informational entropy were used to establish fitting procedures and to improve the quality of the retrievals. The impact of spectral resolution was assessed by comparing retrievals based on IASI-balloon spectra with retrievals performed on IASI-like spectra generated by convolution of the experimental balloon spectra in order to match the IASI/MetOp resolution. Based on detailed simulations of the absorption/emission by various gases, a cell containing a mixture of CO and NH3 has been proposed and later produced by LPMA for CNES. Together with our gas cell model, it can now be used to perform (in a thermal vacuum chamber before launch) a detailed characterization of the spectral performances of the IASI satellite instrument.
Dans le cadre de la préparation à la mission spatiale IASI/MetOp le LPMA effectue des enregistrements de spectres d'émission dans l'infrarouge en visée au nadir de la basse atmosphère à l'aide de l'expérience IASI-ballon. Nous nous sommes intéressés à la restitution de colonnes et profil de molécules d'importance atmosphérique en simulant le transfert radiatif et en effectuant l'inversion des spectres infrarouges. Le traitement des spectres du vol IASI02 a permis la détermination du profil de O3 ainsi que la colonne totale de CH4, N2O et CO. Ces résultats ont été comparés avec ceux obtenus avec l'instrument SCIAMACHY/ENVISAT. En utilisant des outils comme les fonctions de poids, les noyaux moyens et l'entropie informationnelle nous avons amélioré la qualité des ajustements et mis en place des procédures de traitement systématique des spectres. La comparaison de nos résultats avec les spectres dégradés à la résolution IASI/MetOp et les spectres IASI-ballon permet d'estimer la précision des produits (profils ou colonnes) qui pourront être inversés à partir des spectres qui doivent être enregistrés par IASI en orbite. Basé sur la simulation détaillée de l'absorption/emission par divers gaz, une cellule contenant un mélange de CO et de NH3 a été produite par LPMA pour CNES ainsi que le modèle la cellule de gaz qui peut maintenant être employé pour effectuer une caractérisation des performances spectrales (dans une chambre vide avant le lancement) de l'instrument de satellite d'IASI.
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