Implementation of ultrasonic sensing for high resolution measurement of binary gas mixture fractions

We describe an ultrasonic instrument for continuous real-time analysis of the fractional mixture of a binary gas system. The instrument is particularly well suited to measurement of leaks of a high molecular weight gas into a system that is nominally composed of a single gas. Sensitivity < 5 × 10−5 is demonstrated to leaks of octaflouropropane (C3F8) coolant into nitrogen during a long duration (18 month) continuous study. The sensitivity of the described measurement system is shown to depend on the difference in molecular masses of the two gases in the mixture. The impact of temperature and pressure variances on the accuracy of the measurement is analysed. Practical considerations for the implementation and deployment of long term, in situ ultrasonic leak detection systems are also described. Although development of the described systems was motivated by the requirements of an evaporative fluorocarbon cooling system, the instrument is applicable to the detection of leaks of many other gases and to processes requiring continuous knowledge of particular binary gas mixture fractions

Extending the laws of thermodynamics for autonomous, arbitrary quantum systems

9 pages, 3 figures. New improved version following multiple discussions. Comments are welcomeOriginally formulated for macroscopic machines, the laws of thermodynamics were recently shown to hold for quantum systems coupled to ideal sources of work (external classical fields) and heat (systems at equilibrium). Ongoing efforts have been focusing on extending the validity of thermodynamic laws to more realistic, non-ideal energy sources. Here, we go beyond these extensions and show that energy exchanges between arbitrary quantum systems are structured by the laws of thermodynamics. We first generalize the second law and identify the associated work and heat exchanges. After recovering known results from ideal work and heat sources, we analyze some consequences of hybrid work and heat sources. We illustrate our general laws with microscopic machines realizing thermodynamic tasks in which the roles of heat and work sources are simultaneously played by elementary quantum systems. Our results open perspectives to understand and optimize the energetic performances of realistic quantum devices, at any scale

Extending the laws of thermodynamics for autonomous, arbitrary quantum systems

9 pages, 3 figures. New improved version following multiple discussions. Comments are welcomeOriginally formulated for macroscopic machines, the laws of thermodynamics were recently shown to hold for quantum systems coupled to ideal sources of work (external classical fields) and heat (systems at equilibrium). Ongoing efforts have been focusing on extending the validity of thermodynamic laws to more realistic, non-ideal energy sources. Here, we go beyond these extensions and show that energy exchanges between arbitrary quantum systems are structured by the laws of thermodynamics. We first generalize the second law and identify the associated work and heat exchanges. After recovering known results from ideal work and heat sources, we analyze some consequences of hybrid work and heat sources. We illustrate our general laws with microscopic machines realizing thermodynamic tasks in which the roles of heat and work sources are simultaneously played by elementary quantum systems. Our results open perspectives to understand and optimize the energetic performances of realistic quantum devices, at any scale

Knowledge on Sclerocarya birrea subsp. caffra with emphasis on its importance as a non-timber forest product in South and southern Africa, a summary: Part 1 Taxonomy, ecology and role in rural livelihoods

Sclerocarya birrea (marula) is a widespread species throughout the semi-arid, deciduous savannas of much of sub-Saharan Africa. It is widely used by rural populations in most countries in which it is found. It has multiple uses, including the fruits, kernels, oil, bark, wood and leaves. Because of these multiple uses, and its significance in the landscape, several African cultures have specific beliefs and ceremonies associated with this species, and it is often maintained in homestead and arable plots. Because of the widespread occurrence, potentially high fruit production and use of S. birrea it has frequently been identified as a key species to support the development of rural enterprises based on the fruit, beer, oil or nuts and therefore as a species for potential domestication. Localised breeding and cultivation initiatives commenced in the 1970s and some continue. Interest in this species was renewed after the development of a highly successful liqueur using extracts from the fruit. This has developed further in southern Africa over the last 3 to 5 years, especially commercialisation initiatives orientated towards befitting the rural poor. Recently, the UK Department for International Development (DFID) initiated a project to examine the impacts of commercialisation of non-timber forest products, such as marula, on the livelihood capital of the rural poor. As a first phase, the research team compiled a comprehensive literature review of S. birrea, with emphasis on possible commercialisation. This is to be published in two parts. The first part deals with the taxonomy, ecology and its subsistence use and cultural value to rural households. The second part of the review will focus on issues relating to specific properties of the marula, management, intellectual property and its potential commercialisation

Knowledge on Sclerocarya birrea subsp. caffra with emphasis on its importance as a non-timber forest product in South and southern Africa: a summary. part 1: taxonomy, ecology and role in rural livelihoods

Sclerocarya birrea (marula) is a widespread species throughout the semi-arid, deciduous savannas of much of sub-Saharan Africa. It is widely used by rural populations in most countries in which it is found. It has multiple uses, including the fruits, kernels, oil, bark, wood and leaves. Because of these multiple uses, and its significance in the landscape, several African cultures have specific beliefs and ceremonies associated with this species, and it is often maintained in homestead and arable plots. Because of the widespread occurrence, potentially high fruit production and use of S. birrea it has frequently been identified as a key species to support the development of rural enterprises based on the fruit, beer, oil or nuts and therefore as a species for potential domestication. Localised breeding and cultivation initiatives commenced in the 1970s and some continue. Interest in this species was renewed after the development of a highly successful liqueur using extracts from the fruit. This has developed further in southern Africa over the last 3 to 5 years, especially commercialisation initiatives orientated towards befitting the rural poor. Recently, the UK Department for International Development (DFID) initiated a project to examine the impacts of commercialisation of non-timber forest products, such as marula, on the livelihood capital of the rural poor. As a first phase, the research team compiled a comprehensive literature review of S. birrea, with emphasis on possible commercialisation. This is to be published in two parts. The first part deals with the taxonomy, ecology and its subsistence use and cultural value to rural households. The second part of the review will focus on issues relating to specific properties of the marula, management, intellectual property and its potential commercialisation

Mission aéroportée Double-Lidar au-dessus de la Scandinavie pour l'évaluation du transport atmosphérique de méthane et de dioxyde de carbone

International audienceIn August 2021 took place in northern Scandinavia the MAGIC-2021 campaign, dedicated to the Monitoring of Atmospheric composition and Greenhouse gases through multi-Instruments Campaigns. Gathering 17 research teams from 7 countries, the campaign involved a large suite of instruments and payloads (ground-based, balloon-borne, and airborne). Among them, an original combination of two airborne lidars was deployed onboard the same aircraft (SAFIRE ATR42): on one side DLR’s CHARM-F direct detection lidar for CH4 and CO2 measurement in IPDA mode (Integrated Path Differential Absorption), and on the other side ONERA’s LIVE coherent lidar for range-resolved vertical wind vector profiles.The scientific goal of this double-lidar experiment was to record greenhouse gas (GHG) concentration and wind data with very good temporal and spatial matching, so as to characterize GHG atmospheric transport and infer regional fluxes. Indeed, the boreal region is known to host significant sources of CH4, either anthropogenic (gas and oil platforms) or natural (wetlands, peat bogs, lakes…). Moreover, high latitudes are generally considered to be a sink for atmospheric CO2, but this effect could be strongly impacted by the rapid warming at these latitudes. However, due to the low population density and harsh environment, the boreal area is poorly covered by in-situ instrumentation. Therefore, airborne measurements appear as a preferred solution in these conditions.The airborne campaign was based in Kiruna (Sweden), and lasted 10 days. Though it suffered from poor weather conditions, six flights were successfully completed by the ATR42 above northern Sweden, Finland, and Norway. CHARM-F and LIVE lidars operated nominally during those flights, collecting hours of data in various sky conditions (clear, haze, broken clouds…). The expected precision of CHARM-F and LIVE lidars were respectively around 0.3% for integrated columns of CH4 and CO2 (10 km-along track averaging) and 0.6 m/s for horizontal wind (2.5 km along-track averaging, for average aerosol load in France). The paper will detail the payload arrangement, and review CHARM-F and LIVE lidars main properties. The data processing work is currently in progress, but selected preliminary results of measured collocated GHG columns and wind profiles will be shown and discussed.En août 2021 a eu lieu dans le nord de la Scandinavie la campagne MAGIC-2021, dédiée à la surveillance de la composition atmosphérique et des gaz à effet de serre à travers des campagnes multi-instruments. Rassemblant 17 équipes de recherche de 7 pays, la campagne impliquait une large gamme d'instruments et de charges utiles (au sol, en ballon et aéroportées). Parmi eux, une combinaison originale de deux lidars aéroportés a été déployée à bord du même avion (SAFIRE ATR42) : d'un côté le lidar à détection directe CHARM-F du DLR pour la mesure du CH4 et du CO2 en mode IPDA (Integrated Path Differential Absorption), et de l'autre côté le lidar cohérent LIVE de l'ONERA pour les profils de vecteur vent verticaux résolus en distance.L'objectif scientifique de cette expérience à double lidar était d'enregistrer des données de concentration de gaz à effet de serre (GES) et de vent avec un très bon appariement temporel et spatial, afin de caractériser le transport atmosphérique des GES et d'en déduire les flux régionaux. En effet, la région boréale est connue pour abriter d'importantes sources de CH4, soit anthropiques (plateformes gazières et pétrolières), soit naturelles (zones humides, tourbières, lacs…). De plus, les hautes latitudes sont généralement considérées comme un puits de CO2 atmosphérique, mais cet effet pourrait être fortement impacté par le réchauffement rapide à ces latitudes. Cependant, en raison de la faible densité de population et de l'environnement hostile, la zone boréale est mal couverte par l'instrumentation in situ. Les mesures aéroportées apparaissent donc comme une solution privilégiée dans ces conditions.La campagne aéroportée était basée à Kiruna (Suède) et a duré 10 jours. Bien qu'il ait souffert de mauvaises conditions météorologiques, six vols ont été effectués avec succès par l'ATR42 au-dessus du nord de la Suède, de la Finlande et de la Norvège. Les lidars CHARM-F et LIVE ont fonctionné nominalement pendant ces vols, collectant des heures de données dans diverses conditions de ciel (clair, brumeux, nuages ​​fragmentés…). La précision attendue des lidars CHARM-F et LIVE était respectivement d'environ 0,3 % pour les colonnes intégrées de CH4 et de CO2 (moyenne de 10 km le long de la trajectoire) et de 0,6 m/s pour le vent horizontal (moyenne de 2,5 km le long de la trajectoire, pour une charge moyenne d'aérosols en France). L'article détaillera l'agencement de la charge utile et passera en revue les principales propriétés des lidars CHARM-F et LIVE. Le travail de traitement des données est actuellement en cours, mais des résultats préliminaires sélectionnés de colonnes de GES et de profils de vent mesurés au même endroit seront présentés et discutés

Mission aéroportée Double-Lidar au-dessus de la Scandinavie pour l'évaluation du transport atmosphérique de méthane et de dioxyde de carbone

International audienceIn August 2021 took place in northern Scandinavia the MAGIC-2021 campaign, dedicated to the Monitoring of Atmospheric composition and Greenhouse gases through multi-Instruments Campaigns. Gathering 17 research teams from 7 countries, the campaign involved a large suite of instruments and payloads (ground-based, balloon-borne, and airborne). Among them, an original combination of two airborne lidars was deployed onboard the same aircraft (SAFIRE ATR42): on one side DLR’s CHARM-F direct detection lidar for CH4 and CO2 measurement in IPDA mode (Integrated Path Differential Absorption), and on the other side ONERA’s LIVE coherent lidar for range-resolved vertical wind vector profiles.The scientific goal of this double-lidar experiment was to record greenhouse gas (GHG) concentration and wind data with very good temporal and spatial matching, so as to characterize GHG atmospheric transport and infer regional fluxes. Indeed, the boreal region is known to host significant sources of CH4, either anthropogenic (gas and oil platforms) or natural (wetlands, peat bogs, lakes…). Moreover, high latitudes are generally considered to be a sink for atmospheric CO2, but this effect could be strongly impacted by the rapid warming at these latitudes. However, due to the low population density and harsh environment, the boreal area is poorly covered by in-situ instrumentation. Therefore, airborne measurements appear as a preferred solution in these conditions.The airborne campaign was based in Kiruna (Sweden), and lasted 10 days. Though it suffered from poor weather conditions, six flights were successfully completed by the ATR42 above northern Sweden, Finland, and Norway. CHARM-F and LIVE lidars operated nominally during those flights, collecting hours of data in various sky conditions (clear, haze, broken clouds…). The expected precision of CHARM-F and LIVE lidars were respectively around 0.3% for integrated columns of CH4 and CO2 (10 km-along track averaging) and 0.6 m/s for horizontal wind (2.5 km along-track averaging, for average aerosol load in France). The paper will detail the payload arrangement, and review CHARM-F and LIVE lidars main properties. The data processing work is currently in progress, but selected preliminary results of measured collocated GHG columns and wind profiles will be shown and discussed.En août 2021 a eu lieu dans le nord de la Scandinavie la campagne MAGIC-2021, dédiée à la surveillance de la composition atmosphérique et des gaz à effet de serre à travers des campagnes multi-instruments. Rassemblant 17 équipes de recherche de 7 pays, la campagne impliquait une large gamme d'instruments et de charges utiles (au sol, en ballon et aéroportées). Parmi eux, une combinaison originale de deux lidars aéroportés a été déployée à bord du même avion (SAFIRE ATR42) : d'un côté le lidar à détection directe CHARM-F du DLR pour la mesure du CH4 et du CO2 en mode IPDA (Integrated Path Differential Absorption), et de l'autre côté le lidar cohérent LIVE de l'ONERA pour les profils de vecteur vent verticaux résolus en distance.L'objectif scientifique de cette expérience à double lidar était d'enregistrer des données de concentration de gaz à effet de serre (GES) et de vent avec un très bon appariement temporel et spatial, afin de caractériser le transport atmosphérique des GES et d'en déduire les flux régionaux. En effet, la région boréale est connue pour abriter d'importantes sources de CH4, soit anthropiques (plateformes gazières et pétrolières), soit naturelles (zones humides, tourbières, lacs…). De plus, les hautes latitudes sont généralement considérées comme un puits de CO2 atmosphérique, mais cet effet pourrait être fortement impacté par le réchauffement rapide à ces latitudes. Cependant, en raison de la faible densité de population et de l'environnement hostile, la zone boréale est mal couverte par l'instrumentation in situ. Les mesures aéroportées apparaissent donc comme une solution privilégiée dans ces conditions.La campagne aéroportée était basée à Kiruna (Suède) et a duré 10 jours. Bien qu'il ait souffert de mauvaises conditions météorologiques, six vols ont été effectués avec succès par l'ATR42 au-dessus du nord de la Suède, de la Finlande et de la Norvège. Les lidars CHARM-F et LIVE ont fonctionné nominalement pendant ces vols, collectant des heures de données dans diverses conditions de ciel (clair, brumeux, nuages ​​fragmentés…). La précision attendue des lidars CHARM-F et LIVE était respectivement d'environ 0,3 % pour les colonnes intégrées de CH4 et de CO2 (moyenne de 10 km le long de la trajectoire) et de 0,6 m/s pour le vent horizontal (moyenne de 2,5 km le long de la trajectoire, pour une charge moyenne d'aérosols en France). L'article détaillera l'agencement de la charge utile et passera en revue les principales propriétés des lidars CHARM-F et LIVE. Le travail de traitement des données est actuellement en cours, mais des résultats préliminaires sélectionnés de colonnes de GES et de profils de vent mesurés au même endroit seront présentés et discutés

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International audienceIn August 2021 took place in northern Scandinavia the MAGIC-2021 campaign, dedicated to the Monitoring of Atmospheric composition and Greenhouse gases through multi-Instruments Campaigns. Gathering 17 research teams from 7 countries, the campaign involved a large suite of instruments and payloads (ground-based, balloon-borne, and airborne). Among them, an original combination of two airborne lidars was deployed onboard the same aircraft (SAFIRE ATR42): on one side DLR’s CHARM-F direct detection lidar for CH4 and CO2 measurement in IPDA mode (Integrated Path Differential Absorption), and on the other side ONERA’s LIVE coherent lidar for range-resolved vertical wind vector profiles.The scientific goal of this double-lidar experiment was to record greenhouse gas (GHG) concentration and wind data with very good temporal and spatial matching, so as to characterize GHG atmospheric transport and infer regional fluxes. Indeed, the boreal region is known to host significant sources of CH4, either anthropogenic (gas and oil platforms) or natural (wetlands, peat bogs, lakes…). Moreover, high latitudes are generally considered to be a sink for atmospheric CO2, but this effect could be strongly impacted by the rapid warming at these latitudes. However, due to the low population density and harsh environment, the boreal area is poorly covered by in-situ instrumentation. Therefore, airborne measurements appear as a preferred solution in these conditions.The airborne campaign was based in Kiruna (Sweden), and lasted 10 days. Though it suffered from poor weather conditions, six flights were successfully completed by the ATR42 above northern Sweden, Finland, and Norway. CHARM-F and LIVE lidars operated nominally during those flights, collecting hours of data in various sky conditions (clear, haze, broken clouds…). The expected precision of CHARM-F and LIVE lidars were respectively around 0.3% for integrated columns of CH4 and CO2 (10 km-along track averaging) and 0.6 m/s for horizontal wind (2.5 km along-track averaging, for average aerosol load in France). The paper will detail the payload arrangement, and review CHARM-F and LIVE lidars main properties. The data processing work is currently in progress, but selected preliminary results of measured collocated GHG columns and wind profiles will be shown and discussed.En août 2021 a eu lieu dans le nord de la Scandinavie la campagne MAGIC-2021, dédiée à la surveillance de la composition atmosphérique et des gaz à effet de serre à travers des campagnes multi-instruments. Rassemblant 17 équipes de recherche de 7 pays, la campagne impliquait une large gamme d'instruments et de charges utiles (au sol, en ballon et aéroportées). Parmi eux, une combinaison originale de deux lidars aéroportés a été déployée à bord du même avion (SAFIRE ATR42) : d'un côté le lidar à détection directe CHARM-F du DLR pour la mesure du CH4 et du CO2 en mode IPDA (Integrated Path Differential Absorption), et de l'autre côté le lidar cohérent LIVE de l'ONERA pour les profils de vecteur vent verticaux résolus en distance.L'objectif scientifique de cette expérience à double lidar était d'enregistrer des données de concentration de gaz à effet de serre (GES) et de vent avec un très bon appariement temporel et spatial, afin de caractériser le transport atmosphérique des GES et d'en déduire les flux régionaux. En effet, la région boréale est connue pour abriter d'importantes sources de CH4, soit anthropiques (plateformes gazières et pétrolières), soit naturelles (zones humides, tourbières, lacs…). De plus, les hautes latitudes sont généralement considérées comme un puits de CO2 atmosphérique, mais cet effet pourrait être fortement impacté par le réchauffement rapide à ces latitudes. Cependant, en raison de la faible densité de population et de l'environnement hostile, la zone boréale est mal couverte par l'instrumentation in situ. Les mesures aéroportées apparaissent donc comme une solution privilégiée dans ces conditions.La campagne aéroportée était basée à Kiruna (Suède) et a duré 10 jours. Bien qu'il ait souffert de mauvaises conditions météorologiques, six vols ont été effectués avec succès par l'ATR42 au-dessus du nord de la Suède, de la Finlande et de la Norvège. Les lidars CHARM-F et LIVE ont fonctionné nominalement pendant ces vols, collectant des heures de données dans diverses conditions de ciel (clair, brumeux, nuages ​​fragmentés…). La précision attendue des lidars CHARM-F et LIVE était respectivement d'environ 0,3 % pour les colonnes intégrées de CH4 et de CO2 (moyenne de 10 km le long de la trajectoire) et de 0,6 m/s pour le vent horizontal (moyenne de 2,5 km le long de la trajectoire, pour une charge moyenne d'aérosols en France). L'article détaillera l'agencement de la charge utile et passera en revue les principales propriétés des lidars CHARM-F et LIVE. Le travail de traitement des données est actuellement en cours, mais des résultats préliminaires sélectionnés de colonnes de GES et de profils de vent mesurés au même endroit seront présentés et discutés

Mission aéroportée Double-Lidar au-dessus de la Scandinavie pour l'évaluation du transport atmosphérique de méthane et de dioxyde de carbone

International audienceIn August 2021 took place in northern Scandinavia the MAGIC-2021 campaign, dedicated to the Monitoring of Atmospheric composition and Greenhouse gases through multi-Instruments Campaigns. Gathering 17 research teams from 7 countries, the campaign involved a large suite of instruments and payloads (ground-based, balloon-borne, and airborne). Among them, an original combination of two airborne lidars was deployed onboard the same aircraft (SAFIRE ATR42): on one side DLR’s CHARM-F direct detection lidar for CH4 and CO2 measurement in IPDA mode (Integrated Path Differential Absorption), and on the other side ONERA’s LIVE coherent lidar for range-resolved vertical wind vector profiles.The scientific goal of this double-lidar experiment was to record greenhouse gas (GHG) concentration and wind data with very good temporal and spatial matching, so as to characterize GHG atmospheric transport and infer regional fluxes. Indeed, the boreal region is known to host significant sources of CH4, either anthropogenic (gas and oil platforms) or natural (wetlands, peat bogs, lakes…). Moreover, high latitudes are generally considered to be a sink for atmospheric CO2, but this effect could be strongly impacted by the rapid warming at these latitudes. However, due to the low population density and harsh environment, the boreal area is poorly covered by in-situ instrumentation. Therefore, airborne measurements appear as a preferred solution in these conditions.The airborne campaign was based in Kiruna (Sweden), and lasted 10 days. Though it suffered from poor weather conditions, six flights were successfully completed by the ATR42 above northern Sweden, Finland, and Norway. CHARM-F and LIVE lidars operated nominally during those flights, collecting hours of data in various sky conditions (clear, haze, broken clouds…). The expected precision of CHARM-F and LIVE lidars were respectively around 0.3% for integrated columns of CH4 and CO2 (10 km-along track averaging) and 0.6 m/s for horizontal wind (2.5 km along-track averaging, for average aerosol load in France). The paper will detail the payload arrangement, and review CHARM-F and LIVE lidars main properties. The data processing work is currently in progress, but selected preliminary results of measured collocated GHG columns and wind profiles will be shown and discussed.En août 2021 a eu lieu dans le nord de la Scandinavie la campagne MAGIC-2021, dédiée à la surveillance de la composition atmosphérique et des gaz à effet de serre à travers des campagnes multi-instruments. Rassemblant 17 équipes de recherche de 7 pays, la campagne impliquait une large gamme d'instruments et de charges utiles (au sol, en ballon et aéroportées). Parmi eux, une combinaison originale de deux lidars aéroportés a été déployée à bord du même avion (SAFIRE ATR42) : d'un côté le lidar à détection directe CHARM-F du DLR pour la mesure du CH4 et du CO2 en mode IPDA (Integrated Path Differential Absorption), et de l'autre côté le lidar cohérent LIVE de l'ONERA pour les profils de vecteur vent verticaux résolus en distance.L'objectif scientifique de cette expérience à double lidar était d'enregistrer des données de concentration de gaz à effet de serre (GES) et de vent avec un très bon appariement temporel et spatial, afin de caractériser le transport atmosphérique des GES et d'en déduire les flux régionaux. En effet, la région boréale est connue pour abriter d'importantes sources de CH4, soit anthropiques (plateformes gazières et pétrolières), soit naturelles (zones humides, tourbières, lacs…). De plus, les hautes latitudes sont généralement considérées comme un puits de CO2 atmosphérique, mais cet effet pourrait être fortement impacté par le réchauffement rapide à ces latitudes. Cependant, en raison de la faible densité de population et de l'environnement hostile, la zone boréale est mal couverte par l'instrumentation in situ. Les mesures aéroportées apparaissent donc comme une solution privilégiée dans ces conditions.La campagne aéroportée était basée à Kiruna (Suède) et a duré 10 jours. Bien qu'il ait souffert de mauvaises conditions météorologiques, six vols ont été effectués avec succès par l'ATR42 au-dessus du nord de la Suède, de la Finlande et de la Norvège. Les lidars CHARM-F et LIVE ont fonctionné nominalement pendant ces vols, collectant des heures de données dans diverses conditions de ciel (clair, brumeux, nuages ​​fragmentés…). La précision attendue des lidars CHARM-F et LIVE était respectivement d'environ 0,3 % pour les colonnes intégrées de CH4 et de CO2 (moyenne de 10 km le long de la trajectoire) et de 0,6 m/s pour le vent horizontal (moyenne de 2,5 km le long de la trajectoire, pour une charge moyenne d'aérosols en France). L'article détaillera l'agencement de la charge utile et passera en revue les principales propriétés des lidars CHARM-F et LIVE. Le travail de traitement des données est actuellement en cours, mais des résultats préliminaires sélectionnés de colonnes de GES et de profils de vent mesurés au même endroit seront présentés et discutés

Mission aéroportée Double-Lidar au-dessus de la Scandinavie pour l'évaluation du transport atmosphérique de méthane et de dioxyde de carbone

International audienceIn August 2021 took place in northern Scandinavia the MAGIC-2021 campaign, dedicated to the Monitoring of Atmospheric composition and Greenhouse gases through multi-Instruments Campaigns. Gathering 17 research teams from 7 countries, the campaign involved a large suite of instruments and payloads (ground-based, balloon-borne, and airborne). Among them, an original combination of two airborne lidars was deployed onboard the same aircraft (SAFIRE ATR42): on one side DLR’s CHARM-F direct detection lidar for CH4 and CO2 measurement in IPDA mode (Integrated Path Differential Absorption), and on the other side ONERA’s LIVE coherent lidar for range-resolved vertical wind vector profiles.The scientific goal of this double-lidar experiment was to record greenhouse gas (GHG) concentration and wind data with very good temporal and spatial matching, so as to characterize GHG atmospheric transport and infer regional fluxes. Indeed, the boreal region is known to host significant sources of CH4, either anthropogenic (gas and oil platforms) or natural (wetlands, peat bogs, lakes…). Moreover, high latitudes are generally considered to be a sink for atmospheric CO2, but this effect could be strongly impacted by the rapid warming at these latitudes. However, due to the low population density and harsh environment, the boreal area is poorly covered by in-situ instrumentation. Therefore, airborne measurements appear as a preferred solution in these conditions.The airborne campaign was based in Kiruna (Sweden), and lasted 10 days. Though it suffered from poor weather conditions, six flights were successfully completed by the ATR42 above northern Sweden, Finland, and Norway. CHARM-F and LIVE lidars operated nominally during those flights, collecting hours of data in various sky conditions (clear, haze, broken clouds…). The expected precision of CHARM-F and LIVE lidars were respectively around 0.3% for integrated columns of CH4 and CO2 (10 km-along track averaging) and 0.6 m/s for horizontal wind (2.5 km along-track averaging, for average aerosol load in France). The paper will detail the payload arrangement, and review CHARM-F and LIVE lidars main properties. The data processing work is currently in progress, but selected preliminary results of measured collocated GHG columns and wind profiles will be shown and discussed.En août 2021 a eu lieu dans le nord de la Scandinavie la campagne MAGIC-2021, dédiée à la surveillance de la composition atmosphérique et des gaz à effet de serre à travers des campagnes multi-instruments. Rassemblant 17 équipes de recherche de 7 pays, la campagne impliquait une large gamme d'instruments et de charges utiles (au sol, en ballon et aéroportées). Parmi eux, une combinaison originale de deux lidars aéroportés a été déployée à bord du même avion (SAFIRE ATR42) : d'un côté le lidar à détection directe CHARM-F du DLR pour la mesure du CH4 et du CO2 en mode IPDA (Integrated Path Differential Absorption), et de l'autre côté le lidar cohérent LIVE de l'ONERA pour les profils de vecteur vent verticaux résolus en distance.L'objectif scientifique de cette expérience à double lidar était d'enregistrer des données de concentration de gaz à effet de serre (GES) et de vent avec un très bon appariement temporel et spatial, afin de caractériser le transport atmosphérique des GES et d'en déduire les flux régionaux. En effet, la région boréale est connue pour abriter d'importantes sources de CH4, soit anthropiques (plateformes gazières et pétrolières), soit naturelles (zones humides, tourbières, lacs…). De plus, les hautes latitudes sont généralement considérées comme un puits de CO2 atmosphérique, mais cet effet pourrait être fortement impacté par le réchauffement rapide à ces latitudes. Cependant, en raison de la faible densité de population et de l'environnement hostile, la zone boréale est mal couverte par l'instrumentation in situ. Les mesures aéroportées apparaissent donc comme une solution privilégiée dans ces conditions.La campagne aéroportée était basée à Kiruna (Suède) et a duré 10 jours. Bien qu'il ait souffert de mauvaises conditions météorologiques, six vols ont été effectués avec succès par l'ATR42 au-dessus du nord de la Suède, de la Finlande et de la Norvège. Les lidars CHARM-F et LIVE ont fonctionné nominalement pendant ces vols, collectant des heures de données dans diverses conditions de ciel (clair, brumeux, nuages ​​fragmentés…). La précision attendue des lidars CHARM-F et LIVE était respectivement d'environ 0,3 % pour les colonnes intégrées de CH4 et de CO2 (moyenne de 10 km le long de la trajectoire) et de 0,6 m/s pour le vent horizontal (moyenne de 2,5 km le long de la trajectoire, pour une charge moyenne d'aérosols en France). L'article détaillera l'agencement de la charge utile et passera en revue les principales propriétés des lidars CHARM-F et LIVE. Le travail de traitement des données est actuellement en cours, mais des résultats préliminaires sélectionnés de colonnes de GES et de profils de vent mesurés au même endroit seront présentés et discutés