le satellite odin philippe ricaud laboratoire daérologie, toulouse

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

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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

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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