Département de génie rural, Institut des sciences et technologies de l'environnement ISTE (Laboratoire de pollution atmosphérique et du sol LPAS)

Une première mesure lidar combinée d'ozone et de vent, à partir d'une instrumentation et d'une méthodologie coup par coup

Fiorani, Luca ; Van den Bergh, Hubert (Dir.)

Thèse Ecole polytechnique fédérale de Lausanne EPFL : 1996 ; no 1585.

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    Summary
    During these last decades, air pollution has drawn the attention of scientists because of the deterioration of the human environment that it has caused. Unfortunately, the study of this dynamic phenomenon is very complex and requires the use of models that compute the evolution of the physico-chemical parameters of the atmosphere. Moreover, the predictions of the numerical simulations have to be validated by range- and time-resolved measurements, carried out continuously up to the top of the planetary boundary layer. Only the optical radar or lidar satisfies these specifications: for this reason the Laboratory for Air and Soil Pollution (LPAS) of the Swiss Federal Institute of Technology (EPFL) has developed such a system in order to provide the modellers with information complementary to that given by the ground measurements. This instrument, after mounting on a mobile platform, has determined the concentration of the key molecule ozone during several field campaigns, demonstrating its reliability and precision. Moreover, the EPFL system is a shot per shot lidar, able to record each detected signal and not only its average in a time interval. This feature is innovative to lidar determinations of tropospheric ozone and allows one to measure accurately the statistical error, to correct for the effect of systematic biases and to observe the dynamic behaviour of the atmosphere: the measurement of the statistical error has been used to build a model of the signal and of its noise, useful in the design of future lidar systems and for the comparison of the various data processing algorithms. the correction of the bias caused by the artificial deformation of the statistical distribution of the signal at long distance has led to a considerable increase of the range of the retrieved ozone profiles, the observation of the dynamic behaviour of the atmosphere has resulted in the first simultaneous measurement of a pollutant concentration and of the wind velocity with the same data set recorded by a lidar.
    Résumé
    Pendant ces dernières décennies, la pollution de l'air a attiré l'attention des scientifiques à cause de la dégradation de l'environnement humain qu'elle a provoquée. Malheureusement, l'étude de ce phénomène dynamique est très complexe et demande l'utilisation de modèles qui calculent l'évolution des paramètres physico-chimiques de l'atmosphère. De plus, les prédictions des simulations numériques doivent être validées par des mesures résolues en distance et en temps, effectuées continuellement jusqu'au sommet de la couche limite planétaire. Seul le radar optique ou lidar atteint les performances susmentionnées: pour cette raison le Laboratoire de la Pollution de l'Air et du Sol (LPAS) de l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) a développé un tel système afin de fournir aux modélisateurs des informations complémentaires à celles données par les mesures au sol. Cet instrument, après avoir été monté sur une plate-forme mobile, a déterminé la concentration d'une espèce clé, l'ozone, de manière fiable et précise pendant plusieurs campagnes de mesure. De plus, le système de l'EPFL est un lidar coup par coup, car il est capable d'enregistrer chaque signal détecté et non seulement sa valeur moyenne dans un intervalle de temps. Cette caractéristique est novatrice dans le domaine de la détermination par lidar de l'ozone troposphérique et permet de mesurer rigoureusement l'erreur statistique, de corriger l'effet de biais systématiques et d'observer le comportement dynamique de l'atmosphère: la mesure de l'erreur statistique a été utilisée pour la construction d'un modèle du signal et de son bruit, utile pour le projet des systèmes lidar à venir et pour la comparaison des différents algorithmes de traitement des données, la correction du biais lié à la déformation artificielle des distributions statistiques du signal à la longue distance a permis d'étendre considérablement la portée des profils d'ozone, l'observation du comportement dynamique de l'atmosphère a abouti à la première mesure simultanée de la concentration d'un polluant et de la vitesse du vent avec le même ensemble de données enregistré par un lidar.