Le Satellite Odin Philippe Ricaud Laboratoire dAérologie, Toulouse.
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Le Satellite Odin
Philippe RicaudLaboratoire d’Aérologie, Toulouse
2
1- Le satellite Odin2- Spectroscopie dans le domaine sub-mm3- Validation4- Résultats scientifiques5- Implication d’ETHER
Plan
3
Le satellite Odin
Mini-satellite Suède, France, Canada et Finlande 50 % aéronomie, 50% astronomie 250 kg 620 km d’altitude, héliosynchrone (18:00 nœud ascendant) Couverture en latitude : 83°S-83°N 2 instruments :
Micro-onde (SMR): 480-580 GHz • O3 et isotopes, ClO, N2O, HNO3, H2O et isotopes, CO,température
UV/VIS et IR (OSIRIS): 200-700 nm et 1.27 m• O3, NO2, aérosols, (BrO, OClO)
Lancement en février 2001 (lanceur START-1)
4
Géométries d’observation
Visée au limbe
Hauteur tangente
5
Le satellite Odin
6
Le satellite Odin
Configuration “lancement” (replié)
7
Lanceur russe START
8
Odin/SMR scheme
9
L’instrument SMR
Mélangeurs Schottky refroidis mécaniquement 4 bandes (480-580 GHz non continues)
A1 541 - 558 GHz B2 547 - 564 GHz A2 486 - 504 GHz B1 563 - 580 GHz
Spectromètres 2 auto-corrélateurs 1 spectromètre acousto-optique 1 banque de filtres (119 GHz pour O2 température)
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Modes de Mesure
4 modes scientifiques Stratosphérique: O3, ClO, HNO3, N2O Hydrogène : H2O, H2O2, HO2, CO, O3 Azote: NO, NO2, HNO3, N2O, O3 Isotope vapeur d ’eau : H2O, HDO, H2O-18, H2O-17, O3
3 modes d’observation Stratosphère : 10-60 km Strato-mésosphère : 20-70 km Mésosphère d’été : 60-100 km
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MOLIERE : Transfert Radiatif
MOLIERE : Microwave Odin Line Estimation and Retrieval
0-3 THz Raie par raie Visées
Limbe Nadir Instruments : sol, ballon-avion & espace
Continua H2O & O2 Bases de données spectroscopiques JPL & HITRAN Fonctions de poids instrumentales
Lobe d’antenne Réponse spectromètres Modes SSB & DSB
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• OEM Method (Optimal Estimation Method, Rodgers)
Linearisation of the radiative transfer equation around a reference state xref
F(x,b) = F(xref , b) + K|xref (xref – xa) , with K = ∂F/∂x
Statistical Combinaison of the information coming from an a priori knowledge xa of
the profile and from the measurement y ; weighted by the errors
• Least-squared methode :
Minimisation of 2 = [y – F(x, b)]T Sy–1 [y – F(x,b)] + [x – xa] Sa
–1 [x – xa]
y : measurement ; x : vertical profile ; F : model ; b : model parameters
Sa and Sy : covariance matrix associated with xa and y
• Solution given by (Rodgers, 1976) :
x = xa + (Sa–1 + KTSy
–1K)–1 KTSy–1 [ y – F(xref , b) + K(xref – xa) ]
Estimate the vertical profiles of the studied molecules from the measured spectra
MOLIERE : Retrieval code
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Non-linear Retrieval
xi+1 = xa + (Sa–1 + Ki
TSy–1Ki + I)–1
KTSy–1 [ ( y – F(xi , b) + K(xi – xa) ) + (xi – xa) ]
Use the OEM even when the problem is non-linear
Solutions
1) Treat only the channels that are optically thin
2) Use a non-linear scheme
Iterative scheme based on a Newton and Levenberg-Marquardt iteration
: Levenberg-Marquardt parameter
regularisation of the problem
solution not too far of the a priori
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ETHER
ACQUISITION
STORAGE
ExogenData
TRAITEMENT NIVEAU 1BTRAITEMENT NIVEAU 1B
CTSOMOLIERE
CTSO/NOMINAL
CTSO/DEVELOPMENT
OBSERVATOIRE DE BORDEAUX
L2/MOLIERE
T-Pusing ARLETTY
Spectrain L1B
USERS
FRENCH AERONOMERS
MISU
L2/SMR
PDC
L1B/SMRL2/OSIRIS L2/SMR
IDRIS
T-P/ECMWF
15
Odin/SMR Measurements
Frequency (GHz) Molecule Altitude (km) Molecule Altitude (km)
501.18-501.58 O320-60 ClO 16-60
501.98-502.38 N2O 15-60
544.20-545.00 HNO320-60 O3
20-80
488.95-489.35 H218O 22-65 O3
18-60
488.35-488.75 H216O 22-72
556.60-557.40 H216O 33-100 O3
35-60
576.06-576.86 O325-80 CO 25-90
489.95-490.75 HDO 17-65 18O320-45
Studied Molecules and Expected Retrieval
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Implication Française Aéronomie
Laboratoires Observatoire de Bordeaux → Laboratoire d’Aérologie Service d’Aéronomie Météo-France/CNRM
Ether, base de données IPSL (Paris) CNES (Toulouse)
Chaîne de traitement des données micro-ondes, modélisation, assimilation, interprétation
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Spectroscopie dans le domaine sub-mm
18
O3, ClO, N2O
Urban et al., 2006
19
ClO
N2O
O3
Urban et al., 2006
20
O3, HNO3
Urban et al., 2006
21
O3
HNO3
Urban et al., 2006
22
H2O et isotopes
Urban et al., 2007
23
Vapeur d’eau
H2O H2O-18 HDO H2O
Urban et al., 2007
24
CO
Dupuy et al., 2005
25
H2CO
Ricaud et al., 2007
26Ricaud et al., 2007
27
Weak Line Studies
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
d
c
b
501.
5672
16
a
Brig
ht. T
empe
ratu
re (
K)
14N
14N
16O
501.54 501.56 501.58
CH
3OH
HD
18O
501.
5354
64
501.
5889
89
Frequency (GHz)
Zelinger et al., 2007
28
3 - Validation
29
SAOZ-MIR, SMR and OSIRISMean, difference and standard deviation
at 22°S (Brasil to Australia) in February 2003
• OSIRIS : within1% and 100 m on average with SAOZ, larger 8% standard dev. 8% in the stratosphere, degrading rapidly below 19 km
• SMR: within 7% and 1 km with SAOZ, 20% standard dev. In the stratosphere, degrading below 20 km
30
NO2 : OSIRIS vs SAOZ
31
N2O : SMR vs LPMA
SMR
LPMA
32
4 - Analyses scientifiques
33Odin
19
-20/0
9/0
225
-26/0
9/0
21-2
/10/0
24-5
/10/0
2ClOO3N2OClOO3 N2O
REPROBUSRicaud et al., 2005
34
Trou d’ozone arctique
El Amraoui et al., 2008
35
Rapport D/H : Janvier 2002
36
E EEW WQBO Phase
ODIN
MOCAGE
SLIMCAT
N2O
Ricaud et al., 2009
37
N2O : AO, SAO and QBO
Model underestimation of the AO in the UTLS
AO SAO QBO
Non-negligible measured SAO at 100 hPa
Ricaud et al., 2009
38
MAM season
At 400 K, all measured gases (N2O, CH4 and CO) show significant longitudinal variations, not captured by the model (Ricaud et al., ACP, 2007).
The maximum amounts are primarily located over Africa in MAM 2002-2004.
The suggestion is of strong overshooting over land convective regions, particularly Africa, very consistent with the TRMM maximum overshooting features over the same region during the same season.
OLR
ODIN N2O
MOCAGE N2O
Overshooting Probability Function (Liu and Zipfser, JGR, 2005)
OPF
400 K
400 K
390.8 ppbv/yr ; 0.7 ppbv/yr
1.2 ppbv/yr
-0.7 ppbv/yr
1.6 ppbv/yr ; 1.2 ppbv/yr
-3.2 ppbv/yr; -6.3 ppbv/yr
1.7 ppbv/yr ; 1.6 ppbv/yr
1.9 ppbv/yr ; 0.2 ppbv/yr
1.2 ppbv/yr ; 0.4 ppbv/yr
40
Exploitation des données ODIN dans ETHER
État de l’archive : Données SMR :
L1B de 2001 à 2009, V6 : toutes bandes confondues, rapatriement des données de la V7 en cours
L2 non officielles de 2001 à 2008 produites par la CTSO, V225 : molécules N2O, O3 et ClO
L2 officielles V2.1 : de 2001 à 2009 (O3, N2O, ClO) Données OSIRIS :
L2 de 2001 à 2009, V3.0: O3, NO2
Exploitation des données ODIN/SMR Traitement systématique des mesures de N2O, O3 et ClO de l’instrument ODIN/SMR sur
Ether Données 2004 à 2008 produites Données 2002 (mars – avril –mai ) et 2009 en cours de production
Création et mise à jour des fichiers logs dressant la liste des L1B récupérés et des L2 produits sur Ether
41
Synthèse
ODIN toujours opérationnel Mode 100% aéronomie depuis 2007 Bilan publications ODIN : 127
SMR : 68 dont 31 françaises, le reste venant de Suède, USA, et Japon
OSIRIS : le reste, essentiellement Canada