Spectroradiométrie du rayonnement UV au sol (améliorations apportées à l'instrumentation et au traitement des mesures)

La découverte de la diminution de la quantité d'ozone stratosphérique dans les années 1980 a profondément inquiété la communauté internationale. En effet, ce gaz absorbe le rayonnement UV solaire et est indispensable au développement de la vie à la surface de notre planète. Cette découverte alarmante a motivé la mise en place à travers le monde de stations de mesure du rayonnement UV au sol. La mesure de l'éclairement UV permet de surveiller son intensité au sol afin d'établir une climatologie de ce rayonnement et d'évaluer l'impact de cette baisse d'ozone sur la biosphère. Pour sa part, le Laboratoire d'Optique Atmosphérique (LOA) s'est doté d'une station de mesure au sol constituée d'un spectroradiomètre UV et d'un fIuxmètre UVB large bande. Le spectroradiomètre a été développé à partir de 1993 et le fIuxmètre a intégré la station plus récemment en 1997. Les données de cette station UV alimentent les banques de données européenne EDUCE et internationale NDSC. La première partie de ce travail est consacrée à la présentation des deux instruments. Les dernières modifications réalisées sur le spectroradiomètre, notamment l'ajout d'un cache solaire permettant la mesure d'éclairement diffus, sont présentées dans ce chapitre. Afin de réaliser un contrôle quotidien de la qualité des données, deux méthodes d'intercomparaison entre les données de nos deux appareils sont également détaillées. Le chapitre suivant est consacré à la simulation d'un spectre UV à l'aide du code de transfert radiatif DISORT. Des études de sensibilité aux différents paramètres atmosphériques d'entrée comme les nuages, les aérosols, l'ozone, etc. sont effectuées, pennettant ainsi d'appréhender l'influence de chacun de ces paramètres sur la mesure. Le troisième chapitre présente la chaîne de traitement et détaille toutes les opérations nécessaires pour convertir les mesures brutes des deux instruments en quantités physiques. Une description détaillée des diverses corrections appliquées aux données afin de prendre en compte les défauts instrumentaux est présentée. Enfin, la dernière partie est consacrée à l'analyse des données spectrales de notre instrument, ainsi que celles des instruments du réseau EDUCE, afin de déterminer la colonne totale d'ozone par une méthode d'absorption différentielle. Une comparaison systématique entre nos quantités d'ozone et celles délivrées par l'instrument spatial TOMS est réalisée. Des méthodes permettant d'estimer d'une part l'épaisseur optique des aérosols dans l'UV et d'autre part l'épaisseur optique des nuages, sont également présentées.LILLE1-BU (590092102) / SudocSudocFranceF

Ozone column retrieval from solar UV measurements at ground level: Effects of clouds and results from six European sites

A differential absorption method, developed by the Laboratoire d'Optique Atmospherique (LOA), is applied to retrieve the total ozone column from UV global irradiance spectra under clear and cloudy sky conditions. Contrarily to clear sky, cloudy sky generates a high uncertainty in the retrieved ozone column. This study shows that under cloudy conditions the daily ozone mean is a rather good estimation of the true value. The standard deviation allows us to estimate the relative uncertainty of this mean value, i.e., about 7%. Results for all conditions from 3 years at Villeneuve d'Ascq are presented, as well as a comparison with TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer) data. The results are very similar to those obtained for clear days: In 75% of cases both values agree to within 5%; however, some cases present larger relative differences. Over the 3 years considered, there is a bias less than 3% (LOA>TOMS). This method is applied to five other European sites involved in the EDUCE (European Database for UV Climatology and Evaluation) project. Three of them are Brewer stations. The results of the comparison between the LOA-retrieved ozone and TOMS data show that a relative difference smaller than 5% is obtained in 63-80% of the cases, depending on site and year. Biases smaller than 3% are observed (LOA>TOMS). The comparison between the LOA-retrieved ozone and total ozone data from direct sun and zenith sky observations of the Brewer instruments shows better agreement. For more than about 80% of cases, except at one site, the relative difference is smaller than 5%, and the biases are smaller than 1%. The LOA method allows us to obtain a complementary data set and hence to provide time series of reliable measurements of total ozone column under all sky conditions