Instrumental characterization and GHG measurement capability of the instrumental prototype CHRIS
Caractérisation instrumentale et capacité de mesure des GES du prototype instrumental CHRIS
Résumé
To quantify the influence of human activities on the evolution of atmospheric composition, accurate and continuous measurements are essential. Ground-based high-spectral-resolution infrared measurements are an efficient way to obtain accurate tropospheric abundances of different gaseous species, in particular greenhouse gases (GHGs) such as CO2 and CH4. Many ground-based spectrometers are used in the NDACC and TCCON networks to validate the Level 2 satellite data, but their large dimensions and heavy mass make them inadequate for field campaigns. To overcome this drawback, the use of portable spectrometers was recently investigated. In this context, the work of this thesis consisted in characterizing the instrumental prototype CHRIS (Compact High-Spectral-Resolution Infrared Spectrometer). This instrument has unique characteristics such as its high spectral resolution (0.135 cm-1 non-apodized) and its wide spectral range (680 to 5200 cm-1). Its main objective is the characterization of gases and aerosols in the thermal and shortwave infrared regions. Therefore, it requires high radiometric precision and accuracy, which are obtained by performing spectral and radiometric calibrations as well as the characterization of its instrumental line shape. Furthermore, CHRIS’s capabilities to retrieve vertical CO2 and CH4 profiles are presented through a complete information content analysis, a channel selection and an error budget estimation in the attempt to join ongoing campaigns such as MAGIC (Monitoring of Atmospheric composition and Greenhouse gases through multi-Instruments Campaigns) to monitor GHGs and validate the actual and future space missions such as IASI-NG and Microcarb.
Pour quantifier l’influence des activités humaines sur l’évolution de la composition atmosphérique, il est essentiel de disposer de mesures précises et continues. Les mesures infrarouges à haute résolution spectrale au sol sont un moyen efficace d'obtenir des abondances troposphériques précises de différentes espèces gazeuses, en particulier des gaz à effet de serre (GES) tels que le CO2 et le CH4. De nombreux spectromètres sont utilisés dans les réseaux NDACC et TCCON pour valider les données satellitaires de niveau 2, mais leurs grandes dimensions et leur masse importante les rendent inadaptés aux campagnes de terrain. Afin de surmonter cet inconvénient, l'utilisation de spectromètres portables a été récemment étudiée. Dans ce contexte, le travail de cette thèse a consisté, dans un premier temps, à caractériser le prototype instrumental CHRIS (Compact High-Spectral-Resolution Infrared Spectrometer). Cet instrument présente des caractéristiques uniques telles que sa haute résolution spectrale (0,135 cm-1 non apodisé) et sa large gamme spectrale (680 à 5200 cm-1). Son principal objectif est la caractérisation des gaz et des aérosols dans les domaines thermique et infrarouge à ondes courtes. C'est pourquoi il nécessite une grande précision radiométrique et une grande exactitude, qui sont obtenues en effectuant les calibrations spectrale et radiométrique ainsi que la caractérisation de sa fonction d’appareil. En outre, les capacités de CHRIS à restituer des profils verticaux de CO2 et de CH4 sont présentées par le biais d'une étude complète de contenu en information, d'une sélection de canaux et d'une estimation du budget d'erreur dans l’optique de participer aux campagnes de mesures en cours et à venir, telle que MAGIC (Monitoring of Atmospheric composition and Greenhouse gases through multi-Instruments Campaigns) pour surveiller les GES et valider les missions spatiales actuelles et futures telles que IASI-NG et Microcarb.
Origine : Version validée par le jury (STAR)