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

Abstract

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