Experimental Synergy Combining Lidar Measurements So As To Optically Characterize Aerosols: Applications To Air Quality And Radiative Forcing
Synergie expérimentale impliquant la mesure lidar pour la caractérisation optique et microphysique de l'aérosol : applications à la qualité de l'air et au transfert radiatif.
Résumé
The work carried out in this study is devoted to a better understanding of the evolution of aerosol physical, chemical and optical properties for urban pollution aerosols, dust and biomass burning particles. It mainly concerns the complex refractive index and the single-scattering albedo. Such a characterisation is indeed necessary so as to fulfil the requirements of scientific and societal air quality and global climate evolution questions. Our study is based on a synergy between different measurements platforms: ground-based or airborne measurements, together with active and passive remote sensing observations. Lidar in particular turns out to be an essential tool in order to assess horizontal and vertical variability of aerosol microphysical and optical properties in the atmospheric boundary layer, but also in the residual layer, as well as in layers transported from the boundary layer to the free troposphere. The original methodology we developed highlights the importance of the geographical origin, the impact of aging and dynamical processes in the evolution of structural, optical and hygroscopic aerosol features. The related accurate determination of the properties in each aerosol layer is required for radiative fluxes and heating rates calculations in the atmospheric column. The radiative impact of both dust particles and biomass burning aerosols observed over the region of Niamey (Niger) was thus assessed during the dry season. These results reveal the need of a better characterisation of those significant aerosol properties for each layer in models.
Les travaux présentés visent à améliorer notre compréhension de l'évolution des propriétés physico-chimiques et optiques de l'aérosol de pollution urbaine, désertique ou issu de la combustion de biomasse, en particulier son indice complexe de réfraction et son albédo de simple diffusion. Cette caractérisation est nécessaire pour répondre aux problématiques scientifiques et sociétales associées à la qualité de l'air et à l'évolution du climat. L'étude est basée sur une complémentarité entre les plateformes de mesures in situ au sol ou aéroportées et les observations de télédétection active et passive. La mesure lidar en particulier constitue un apport incontournable pour évaluer la variabilité horizontale et surtout verticale des propriétés des aérosols dans la couche limite atmosphérique, mais aussi dans la couche résiduelle, ou dans les couches injectées depuis la couche limite dans la troposphère libre. La méthodologie d'analyse met en évidence l'importance de la provenance géographique, l'impact des processus de vieillissement et des phénomènes dynamiques dans l'évolution des propriétés structurales, optiques et hygroscopiques des aérosols. Une telle détermination précise des propriétés de chacune des couches d'aérosols est indispensable pour le calcul des flux radiatifs et des taux d'échauffement dans la colonne atmosphérique. L'impact radiatif combiné des aérosols d'origine désertique et des aérosols issus des feux de biomasse observés au-dessus de Niamey (Niger) a ainsi été évalué lors de la saison sèche. Ces résultats suggèrent l'importance d'une meilleure prise en compte, dans les modèles, de ces propriétés cruciales des aérosols dans chacune des couches.