Laboratoire d'Optique Atmosphérique

Développement labo

Plateforme d’observation et d’exploration mobile MAMS

Mobile Aerosol Measurements System

Responsable scientifique: Philippe Goloub
Collaborateurs : Ioana Popovici, Luc Blarel, Thierry Podvin, Rodrigue Loisil, Cyril Delegove

L’équipe IAR, en collaboration avec l’entreprise CIMEL, et avec les soutiens du labex CaPPA et du CPER CLIMIBIO, a développé un dispositif unique permettant d’effectuer, en région ou ailleurs, des échantillonnages (profils horizontaux ou verticaux) de manière rapide dans le cas d’évènements atmosphériques spécifiques (épisode de pollution, etc) ou de campagnes spécifiques.

Figure 1 : Système MAMS (version 2018) (Popovici et al., 2018).

Le LiDAR (voie élastique, 532 nm) permet de mesurer la distribution verticales des aérosols (entre 200 m et 15 km d’altitude) au cours du déplacement. La présence du photomètre permet de mesurer l’épaisseur optique en aérosols et permet de déterminer plus précisément, le profil vertical d’extinction aérosols ainsi que le profil de concentration en aérosols. La mesure in situ au sol de la concentration permet d’avoir des informations dans la zone aveugle du LiDAR (< 200m) et, dans certains cas, d’améliorer le profil aérosols dans la partie inférieure de la couche limite atmosphérique. La figure 2 présente un exemple des mesures réalisées par ces trois instruments.

Figure 2: Variabilité spatiale de la répartition verticale en aérosols, de l’épaisseur optique (AOD) et de la concentration en aérosols en surface (Popovici et al., 2018).

La combinaison de cet ensemble d’observables permet de profiler le coefficient d’extinction, voire la concentration en particules dans certains cas, comme illustré sur la figure 3, au cours d’un parcours entre Lille et Palaiseau, en Aout 2017.

Figure 3 : Signal LiDAR rétrodiffusé et profils d’extinction et de concentration en particules (Popovici et al., 2018).

Le système MAMS est aussi un outil utilisé pour l’évaluation des LiDAR en opération sur le territoire. Dans le cadre des activités d’ACTRIS-FR, plusieurs sites ont été visités et des anomalies détectées grâce à ces comparaisons.

Figure 4 : Distribution des stations LiDAR françaises évaluées pendant la campagne ACTRIS-FR (2017/2018)

Le système MAMS peut également être utilisé comme outil de validation CAL/VAL pour les missions spatiales aérosols, comme illustré pour MODIS, sur le figure 5, au cours d’un campagne courte en région Hauts-de-France entre Lille et Dunkerque (Popovici et al., 2018).

Figure 5 : Spatial distribution of (a) MODIS Aqua AOD (550 nm) daily product MYD04 10 km; (b) AOD (550 nm) from PLASMA sun photometer on-road measurements along the Lille–Dunkerque transect on 26 August 2016 are overlapped on MYD04 AOD product.

Une campagne intensive MOABAI, organisée en Chine, en 2017, a montré l’intérêt du système mobile pour évaluer les profils d’extinctions de CALIOP. Trois profils d’extinction aérosols issus de CALIOP ont pu être comparés aux mesures sol issues du LiDAR mobile (Popovici et al., 2018).

Le système MAMS a aussi été utilisé pour évaluer les prévisions PM10 du modèle de qualité de l’air ESMERADA, au cours d’un trajet entre Lille et Paris (figure 6).

Figure 6 : Spatial variability of (a) modelled PM10 concentrations and PM10 measured by mini-WRAS during mobile observations along Lille-Palaiseau transect on 28 August 2017. Air quality stations along the road are marked with black stars. (b) extinction coefficient at 532 nm at ground level computed using Mie calculations on aerosol spectrometer data (Popovici et al., 2018).

Références bibliographiques

Thèse de doctorat A. Mortier, 2013 (Université de Lille)

Thèse de doctorat de I. Popovici, 2018 (Université de Lille)

Popovici, I. E., Goloub, P., Podvin, T., Blarel, L., Loisil, R., Unga, F., Mortier, A., Deroo, C., Victori, S., Ducos, F., Torres, B., Delegove, C., Choël, M., Pujol-Söhne, N. & Pietras, C. (2018). Description and applications of a mobile system performing on-road aerosol remote sensing and in situ measurements. Atmos. Meas. Tech., 11(8), 4671-4691. 10.5194/amt-11-4671-2018
Popovici, I., Goloub, P., Mortier, A., Podvin, T., Blarel, L., Loisil, R., Deroo, C., Victori, S., Torres, B., Unga, F. & Choël, M. (2018). Un système mobile pour l’étude de la distribution verticale des aérosols dans l’atmosphère : description et premiers résultats. Pollution atmosphérique, 236, 10.4267/pollution-atmospherique.6510
Torres, B., Dubovik, O., Fuertes, D., Schuster, G., Cachorro, V. E., Lapyonok, T., Goloub, P., Blarel, L., Barreto, A., Mallet, M., Toledano, C. & Tanré, D. (2017). Advanced characterisation of aerosol size properties from measurements of spectral optical depth using the GRASP algorithm. Atmos. Meas. Tech., 10(10), 3743-3781. 10.5194/amt-10-3743-2017