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FRM4DOAS: Le premier système de traitement centralisé pour les mesures MAX-DOAS de la qualité de l'air

Research Topic Chapter
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Afin de garantir que les données fournies par les capteurs satellitaires de la qualité de l’air répondent aux besoins des utilisateurs en termes d’exactitude, de précision et d’utilité, il est essentiel de développer une stratégie de validation robuste reposant sur des mesures de référence bien établies et traçables. Dans ce contexte, le projet ESA FRM4DOAS coordonné par l’IASB vise à développer le premier système de traitement centralisé fournissant des mesures MAX-DOAS harmonisées de gaz polluants tels que le NO2 et le HCHO en temps quasi-réel. La disponibilité de telles données sol harmonisées est essentielle pour la validation des missions satellitaires actuelles et futures telles que les Sentinelles atmosphériques (S-5p, S-4, S-5) en Europe, GEMS en Asie et TEMPO aux États-Unis.
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Mesures MAX-DOAS de la qualité de l’air

La technique MAX-DOAS (Multiple-AXis Differential Optical Absorption Spectroscopy/spectroscopie d’absorption optique différentielle multi-axe) est une technique reconnue de télédétection à partir du sol. Elle mesure la quantité de gaz atmosphérique présent à l'état de trace et absorbant dans la gamme de longueurs d'onde UV-visible du spectre solaire, et ce en balayant le ciel de l'horizon au zénith et en collectant la lumière solaire diffusée correspondante.

Puisqu'ils fournissent des observations sur les principaux polluants troposphériques, tels que le dioxyde d'azote (NO2) et le formaldéhyde (HCHO) à la même résolution horizontale que les capteurs satellitaires à rétrodiffusion au nadir, le nombre d'instruments MAX-DOAS déployés au sol a considérablement augmenté au cours des deux dernières décennies, en soutien aux activités de validation satellitaire.

Le projet ESA FRM4DOAS

Afin d'harmoniser les ensembles de données MAX-DOAS mesurés dans le monde entier, le projet FRM4DOAS (Fiducial Reference Measurements for Ground-based DOAS Air-Quality Observations/ Mesures de Référence Fiducielles pour Observations DOAS de la Qualité de l'Air) a été mis en place en tant que projet de démonstration fournissant un service de traitement centralisé à livraison rapide (< 24 heures) pour une sélection d'instruments MAX-DOAS. En outre, dans le cadre de FRM4DOAS, des recommandations claires pour l’étalonnage et le fonctionnement des instruments ont été définies.

Ce service, spécialement développé pour valider les missions satellitaires Sentinelle  de la qualité de l’air (S-5P, S-4 et S-5) de l’Agence Spatiale Européenne (ESA), est coordonnée par l’IASB et réalisée en partenariat avec:

  • l’Université de Brême (Allemagne)
  • l'Institut Royal Météorologique des Pays-Bas
  • l'Université d’Heidelberg (Allemagne)
  • l'Institut Max Planck de Chimie (Allemagne)
  • la compagnie BK Scientific (Allemagne).

 

Dans son état actuel, le projet FRM4DOAS est limité au NO2, au HCHO et à l'ozone (O3) à partir d'une sélection de 10 stations de démonstration (voir figure 1).

En résumé, le service de traitement centralisé commence par l’engagement des scientifiques responsables d’instrument MAX-DOAS à  soumettre leurs spectres calibrés à une base de données centralisée. Vient ensuite le traitement des données qui constitue le cœur du service et qui fait appel à des algorithmes d’inversion de pointe. Les produits finaux - profils verticaux de NO2 atmosphérique et de HCHO troposphérique et colonnes totales d’O3  - sont, après une étape de contrôle de qualité et d’estimation de budget d’erreur, distribués à des fins opérationnelles et d’études scientifiques par le biais du NDACC (Network for the Detection of Atmospheric Change) et de la base données EVDC (ESA Atmospheric Validation Data Center) de l’ESA.

Perspectives

À l’avenir, il est prévu de diffuser les recommandations et les informations nécessaires aux parties intéressées afin d’inclure un plus grand nombre de stations (voir Figure 1) et de créer ainsi un réseau de mesures MAX-DOAS de référence plus étendu. Cela signifie également qu'une infrastructure améliorée pouvant gérer de grandes quantités de données doit être créée.

Il est également prévu d’inclure d’autres produits de la qualité de l’air, tels que par exemple le dioxyde de soufre (SO2), l’ O3 troposphérique, le glyoxal (CHOCHO) et les aérosols. De plus amples informations sur le service FRM4DOAS sont disponibles sur le site web  FRM4DOAS service website

FRM4DOAS stations de démonstration:

  • Ny-Ålesund (79°N, 12°E)
  • Harestua (60°N, 11°E)
  • Bremen (53°N, 9°E)
  • De Bilt (52°N, 5°E)
  • Uccle (51°N, 4°E)
  • Mainz (50°N, 8°E)
  • Heidelberg (49°N, 8°E)
  • Xianghe (40°N, 116°E)
  • Athens (38°N, 24°E)
  • Neumayer (71°S, 8°W)
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Carte des stations de démonstration du service FRM4DOAS (cercles verts) + stations candidates potentielles (cercles rouges) identifiées à l'aide d'un questionnaire distribué à l'ensemble de la communauté MAX-DOAS.