GeoFIS (Geostationary Fourier Imaging Spectrometer): GeoFIS (Geostationary Fourier Imaging Spectrometer): un spectromètre à transformation de Fourier un spectromètre à transformation de Fourier

sur un satellite géostationnairesur un satellite géostationnaire

J.-M. Flaud(1), J. Orphal(1), G. Bergametti(2), C. Deniel(3), Th. v. Clarmann(4), F. Friedl-Vallon(4), T. Steck(4), H. Fischer(4),

H. Bovensmann(5), J. P. Burrows(5), M. Carlotti(6), M. Ridolfi(6), and L. Palchetti(7)

(1) CNRS LPPM, Orsay, France

(2) CNRS LISA, Créteil, France

(3) CNES, Paris, France

(4) FZK IMK, Karlsruhe, Allemagne

(5) IUP Bremen, Allemagne

(6) University of Bologna, Italie

(7) CNR IFAC, Florence, Italie

GeoTROPE: Geostationary Tropospheric Pollution Explorer

GeoSCIA: Geostationary Scanning Imaging Absorption Spectrometer

GeoFIS: Geostationary Fourier Imaging Spectrometer

Pollution de l’air dans la troposphèrePollution de l’air dans la troposphèreLos Angeles, années 1940

Objectifs scientifiques:• étudier, comprendre et quantifier l’impact des émissions

anthropogéniques sur la qualité de l’air• identifier et observer les sources, les puits et les processus

chimiques aux échelles locales, régionales et continentales

Pollution de l’air dans la troposphèrePollution de l’air dans la troposphère

Instrumentation:• effectuer des mesures aux échelles temporelles characteristiques

des différents procéssus (heures, jours, saisons, ans)• atteindre les résolutions horizontales et verticales pertinentes

(ca. 15-25 km2, 1-5 km)

Besoins des modèles atmosphériques:Besoins des modèles atmosphériques:• résolution temporelle: < 1 heure, jour / nuit

• résolution horizontale: échelle régionale (ca. 20×20 km2)

• résolution verticale: plusieurs couches dans la troposphère (ca. 2-3 km)

• couverture spatiale: locale, régionale, continentale

⇒ possible seulement avec un satellite en orbite géostationnaire

⇒ projet GeoTROPE

Source: http://www.emep.int

La troposphère est sousLa troposphère est sous--échantillonnée avec des satellites échantillonnée avec des satellites en Lowen Low--Earth Orbit (LEO)Earth Orbit (LEO)

NO2 from LEO (SCIAMACHY)

Source: http://www.iup.physik.uni-bremen.de

SO2 from LEO (GOME)

Source: http://www.iup.physik.uni-bremen.de

Tropospheric CO from MOPITT (assimilated data)

La région de l’infrarouge thermiqueLa région de l’infrarouge thermique• les émissions de l’atmosphère et de la surface ont leur

maximum autour de 15 µm (mesures jour et nuit)

• les raies moléculaires (“fingerprints“) sont bien séparées

• les photons infrarouges sont essentiellement émis dans la troposphère

• expériences existantes dans l’infrarouge thermique (MIPAS, AIRS, IASI, TES, …)

⇒ l’instrument GeoFIScomme composante de la mission GeoTROPE

GeoFIS: l’approche scientifiqueGeoFIS: l’approche scientifique• expériences spatiales existantes (ATMOS, MIPAS, ACE,

IASI, IMG, TES …)

• calcul du transfer radiatif: KOPRA (Karlsruhe)

• visée: off-Nadir, centré sur l’Europe, incluant l’Afrique du Nord et le Proche Orient

• résolution horizontale ≈ 15×15 km2

• résolution temporelle ≈ 30 min

• résolution verticale ≈ 2-6 km (pour les espèces principales: O3, H2O, T, CO, N2O, CH4)

GeoFIS: l’instrumentGeoFIS: l’instrument• expériences spatiales existantes (ATMOS, MIPAS, ACE,

IASI, IMG, TES …)

• résolution spectrale : 0.25 cm-1

• deux canaux (10 µm, 5 µm)

• détecteurs matrices en HgCdTe (Sofradir)

Spectre synthétique calculé avec les paramètres instrumentaux de GeoFIS

GeoFIS: données scientifiquesGeoFIS: données scientifiques• profils de concentrations (avec au moins trois points dans la

troposphère): O3, CO, CH4, N2O, H2O, T

• colonnes troposphériques: SO2, H2CO, PAN, C2H6, OCS, CFC-11, CFC-12

• analyse rapide (near real-time) avec PC’s (cluster)

• données ≤ 100 TOctets/an

• synergie avec GeoSCIA (UV-visible)

• assimilation avec données d’autres expériences (satellites en LEO, mesures in-situ, télédétection au sol, avions, ballons) dans des modèles chimiques / météo / transport

GeoFIS: données scientifiquesGeoFIS: données scientifiques« Averaging kernel » pour

l’ozone avec 3 dégrés de liberté dans la troposphère

Moins de 3 points dans la troposphère

points précis. 2×NESR rés./km

C2H6 1 5.8% 11.7% -

2 85.6% 171% 5.9

PAN 1 1.5% 3.0% -

2 33.2% 66.5% 6.7

SO2 1 28.7% 57.4% -NESR : simulation de GeoFIS

O3 2 2.5% 4.9% 7.3

3 13.2% 26.4% 6.2

4 28.7% 57.4% 4.4

Meilleure résolution verticale par la synérgie GeoFIS - GeoSCIA

GeoFIS (Geostationary Fourier Imaging Spectrometer): GeoFIS (Geostationary Fourier Imaging Spectrometer): un spectromètre à transformation de Fourier un spectromètre à transformation de Fourier

sur un satellite géostationnairesur un satellite géostationnaire