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Pourquoi faut-il observer l’atmosphère moyenne?
La couche d'ozone, qui fait partie de l'atmosphère moyenne, est un élément essentiel du système terrestre. En absorbant le rayonnement solaire ultraviolet, elle protège la surface terrestre des rayonnements nocifs. Bien que la production anthropique de composés halogénés responsables de la destruction de la couche d'ozone ait été interdite par le Protocole de Montréal en 1987, la couche d'ozone demeure une préoccupation pour la communauté scientifique.
L'ozone est un gaz à effet de serre dont le potentiel de réchauffement est maximal sous la tropopause (environ 10 à 15 km). Avec le changement climatique, la circulation atmosphérique devrait s'intensifier, augmentant les échanges d'ozone entre la stratosphère et la troposphère.
L'un des objectifs du CAIRT est de surveiller l'ozone dans cette région, et BIRA-IASB démontre que cet instrument constituera une avancée par rapport aux observations satellitaires précédentes.
Qu'est-ce que CAIRT?
CAIRT (Changing Atmosphere Infra-Red Tomography explorer)propose de mesurer l'émission infrarouge de l'atmosphère terrestre en géométrie au limbe, c'est-à-dire en observant l'horizon terrestre depuis l'espace.
Cette géométrie permet d’observer la distribution verticale – ou profil vertical – des composés chimiques, ce qui n'est pas possible avec la géométrie au nadir lorsque l'instrument regarde vers la surface terrestre.
Combinée aux mesures d'émission infrarouge, de nombreuses grandeurs atmosphériques peuvent être observées, comme l'ozone (mais aussi la température ou la vapeur d'eau). Si les instruments d'émission infrarouge par satellite ne sont pas nouveaux, CAIRT propose pour la première fois de s'appuyer sur un imageur offrant une résolution spatiale jamais atteinte jusqu'à présent.
Ceci est illustré par la figure 1, qui compare la couverture quotidienne de l'instrument MLS de la NASA à celle de CAIRT, MLS étant la norme actuelle pour les profils d'ozone. Alors que MLS observe un profil d'ozone tous les 167 km le long de l'orbite, CAIRT fournira quatre profils tous les 50 km, soit plus de 12 fois plus que MLS.
Intérêt de CAIRT pour l'ozone dans la haute troposphère
Nous avons évalué l'intérêt de CAIRT pour la surveillance de l'ozone dans la haute troposphère à l'aide d'une expérience numérique simulant les. Pour ce faire, nous avons utilisé l'ozone de référence du modèle européen CAMS, l'un des meilleurs pour l'ozone.
L'ozone CAMS a ensuite été rééchantillonné au point d'observation simulé par CAIRT et perturbé selon l'incertitude attendue de CAIRT. Ces profils ont été intégrés au modèle BASCOE de BIRA-IASB, simulant ainsi l'ozone observé par CAIRT. En utilisant également l'ozone de CAMS, des profils MLS ont également été simulés, à nouveau intégrés dans BASCOE et fournissant l'ozone MLS. Une simulation de contrôle BASCOE, sans intégration d'observations, a également été réalisée afin d'évaluer l'influence du modèle sur les résultats.
La figure 2 compare les différences entre les trois simulations BASCOE et l'ozone de référence CAMS pour la période entre octobre 2021 et février 2022. Comme on peut le constater, CAIRT présente une bien meilleure concordance avec l'ozone de référence que les autres simulations. Alors que MLS élimine la majeure partie du biais à la tropopause et au-dessus, les profils d'ozone CAIRT présentent une contrainte beaucoup plus importante pour l'ozone de la haute troposphère.
Référence
Earth Explorer 11 Candidate Mission CAIRT: Report for Mission Selection, European Space Agency, Noordwijk, The Netherlands, ESA-EOPSM-CAIR-RP-4797, 230pp. https://esamultimedia.esa.int/docs/EarthObservation/ESA_EE11_Report_for…
