Thèse de Yuyang Chang

Soutenance de thèse de Yuyang Chang - laboratoire LOA

Résumé :

La connaissance de la répartition verticale des propriétés optiques et microphysiques des aérosols est cruciale pour étudier l'évolution et le transport des aérosols, ainsi que leurs impacts sur la santé humaine, l'environnement local et le climat mondial. Dans ce travail nous avons développé un algorithme BOREAL pour restituer les propriétés microphysiques des aérosols à partir de combinaisons de mesures lidar d'extinction, de rétrodiffusion et de dépolarisation spectrales. Basé sur une estimation de vraisemblance maximale, l'algorithme de restitution utilise une approche d'itération non linéaire pour rechercher la meilleure adéquation entre les mesures et les contraintes. Les propriétés microphysiques des aérosols restituées comprennent la distribution de taille des particules, leur concentration volumique, leur rayon efficace, l'indice de réfraction complexe (CRI) et l'albédo de diffusion simple (SSA).
Les performances de BOREAL, sa précision et la sensibilité des mesures sont évaluées à l'aide de données simulées. En général, la précision de la restitution est meilleure pour les particules de mode fin que pour les particules de mode grossier. Les simulations démontrent l'importance de l'exploitation de contraintes a priori pour améliorer la précision de la restitution du CRI et du SSA. Outre les particules sphériques, la performance de la restitution des particules non sphériques est également évaluée en intégrant trois modèles de diffusion de particules différents, à savoir les modèles Sphérique, Sphéroïdale et Irrégulier-Hexaédrique (IH), dans BOREAL. Les résultats montrent que l'intégration des mesures de dépolarisation dans l'inversion est essentielle pour mieux contraindre et stabiliser la restitution. De plus, l'approximation des particules non sphériques par des sphères dégrade manifestement la qualité de la restitution. Enfin, BOREAL est utilisé pour restituer les propriétés aérosols au cours d’événements de feux de biomasse, de poussières désertiques et les d’aérosols continentaux pollués détectés depuis la plateforme ATOLL. Les résultats sont analysés et comparés aux restitutions d'AERONET ainsi qu'aux résultats d’études précédentes, ce qui démontrer la robustesse de BOREAL pour l'application de données réelles et la caractérisation d’aérosols.
Ce travail contribue aux études menées dans le cadre du Labex CaPPA et d’ACTRIS en quantifiant les propriétés microphysiques des aérosols à partir des observations lidar.

Mots clés : aérosols atmosphériques,télédétection,problème inverse,mesures lidar,propriétés microphysiques des aérosols,BOREAL