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Article

1 - SIMULATEUR INSTRUMENTAL LIDAR

2 - MÉTHODE LIDAR UTILISANT LA DIFFUSION ÉLASTIQUE

3 - PROFILS DE RÉTRODIFFUSION ET D'EXTINCTION PARTICULAIRE

  • 3.1 - Référence dans la couche de particules à étudier
  • 3.2 - Inversion continue entre zones avec et sans particules

4 - DÉPOLARISATION

5 - LIDAR RAMAN

6 - LIDAR EN ABSORPTION DIFFÉRENTIELLE

  • 6.1 - Principe DiAL
  • 6.2 - Épaisseur optique optimale et erreur aléatoire minimale
  • 6.3 - Autres contraintes sur la mesure DiAL

7 - LIDAR DOPPLER

8 - CONCLUSION

| Réf : E4311 v1

Conclusion
Lidars atmosphériques et météorologiques - Méthodes et applications

Auteur(s) : Pierre H. FLAMANT

Date de publication : 10 janv. 2010

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RÉSUMÉ

Cet article présente les différentes méthodes de télédétection par lasers (LIDAR) atmosphériques, leurs applications ainsi que des exemples illustratifs. La méthode LIDAR basée sur la diffusion élastique par les molécules et les particules est la plus fréquemment mise en oeuvre. Des réseaux de LIDAR sont aujourd'hui développés pour la surveillance des aérosols et pour établir des climatologies nuageuses très documentées. Cette méthode simple et efficace est complétée par des mesures de dépolarisation et bien souvent par des mesures Raman vibrationnelles utilisant l'azote de l'air pour une meilleure restitution des grandeurs recherchées. La présentation des principes des autres méthodes, Raman, absorption différentielle et Doppler, complète le panorama des LIDAR atmosphériques et météorologiques usuels.

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ABSTRACT

This article presents the different methods of atmospheric laser remote sensing (LIDAR), their applications and illustrative examples. The LIDAR method based on elastic scattering by molecules and particles is the most widely used. LIDAR networks have been developed for aerosol monitoring and in order to obtain well documented cloud climatologies. This simple and effective method is complemented by depolarization measurements and very often by vibrational Raman measurements using nitrogen from the air in order to obtain a better quantity measurements. A presentation of the principles of other methods, Raman differential absorption and Doppler, complements the usual panorama of atmospheric and meteorological LIDAR.

Auteur(s)

  • Pierre H. FLAMANT : Directeur de recherche au CNRS - Laboratoire de météorologie dynamique/Institut Pierre-Simon-Laplace - unité mixte École normale supérieure/École Polytechnique/CNRS/université Pierre-et-Marie-Curie

INTRODUCTION

Cet article (E4311, suite de l'article [E 4 310]), présente les différentes méthodes lidar pour des mesures résolues en distance : 1) de l'altitude, de la structure et des propriétés optiques des nuages et des couches d'aérosols ; 2) des profils de concentration des gaz minoritaires : vapeur d'eau, ozone, gaz carbonique, polluants ; 3) des champs de vitesse et de turbulence. Ces différentes méthodes lidar utilisent toutes la diffusion élastique par les molécules (diffusion dite Rayleigh) et par les particules (diffusion dite Mie) comme support de la mesure. La signature de la variable étudiée sur la mesure peut être la diffusion élastique elle-même ou les autres processus d'interaction lumière-matière : dépolarisation par les particules non sphériques, diffusion inélastique Raman par les molécules, absorption différentielle par les molécules et changement de fréquence par effet Doppler. Ces processus spectroscopiques élémentaires sont présentés dans l'article [E 4 310], ainsi que les caractéristiques instrumentales des lidars et en particulier les lasers de sondage et les différents modes de détection. L'article [E 4 310] présente aussi une description de l'atmosphère, nécessaire à la compréhension des besoins en observations. Aujourd'hui, en cette fin de première décennie du XXIe siècle, les lidars dans l'espace sont incontournables comme le montre la succession de missions en cours et programmées, et l'on peut penser qu'avec la maturité technologique, les réseaux de lidars opérationnels vont s'amplifier tant pour la surveillance de la qualité de l'air dans les grandes villes que comme complément aux mesures spatiales. De plus, chaque fois que se posera la question d'une très grande précision, comme dans le cas des gaz à effet de serre et du CO2 par exemple, la technique lidar sera un candidat très sérieux aux applications spatiales et aéroportées.

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-e4311


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8. Conclusion

Cet article présente les différentes méthodes lidar en s'appuyant sur les informations générales présentées dans l'article [E 4 310], et en commençant par l'utilisation d'un simulateur instrumental pour définir l'instrument lidar dont on a besoin. Les méthodes présentées ici sont plutôt bien connues, et ce qui change le plus rapidement aujourd'hui, c'est la technologie, que ce soit pour les lasers, les détecteurs et même les composants optiques. À ce titre, on se doit de mentionner les technologies fibrées qui permettent de développer des lidars compacts et robustes.

Si jusqu'à présent, un lidar était conçu pour une application particulière, la tendance dans la recherche et dans l'industrie, est de développer des lidars multifonctions. En ce début de XXIe siècle, le métier de concepteur développeur en lidar est d'assembler au mieux, au moyen d'un simulateur instrumental aussi complet que possible, les composants industriels dont on dispose, et cela dans les limites du budget alloué. Il existe aujourd'hui des lidars opérationnels automatiques, contrôlables à distance par le réseau internet et avec une mise à disposition en temps réel des données de mesure. C'est certainement là une voie d'avenir pour le lidar.

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BACHMAN (C.G.) -   Laser Radar Systems and Techniques.  -  Norwood (MA) : Artech House, Boston & London (1979).

  • (2) - BANKH (V.A.), MIRONOV (V.L.) -   Lidar in a turbulent atmosphere.  -  Artech House, Boston & London (1987).

  • (3) - FUJII (T.), FUKUCHI (T.) -   Laser remote sensing.  -  Taylor & Francis, Boca Raton, FL, USA, (Ed.) (2005).

  • (4) - HINKLEY (E.D.) -   Laser monitoring of the atmosphere.  -  Springer-Verlag, Berlin, (Ed.) (1976).

  • (5) - JELALIAN (A.V.) -   Laser radar systems.  -  Artech House, Boston (1992).

  • (6) - KINGSTON (R.H.) -   Detection of Optical and Infrared Radiation.  -  Springer, Berlin (1978).

  • (7)...

NORMES

  • Sécurité des appareils à laser. Partie 1 : classification des matériels et exigences. - CEI 60825-1 - 2007

  • American National Standard for safe Use of Lasers. - ANSI Z136.1 - 2007

1 Supports numériques

FASCODE http://www.jcdpublishing.com/software.html

HITRAN http://cfa-www.harvard.edu/hitran/

MODTRAN http://geosci.uchicago.edu/~archer/cgimodels/radiation.html

GEISA http://ara.lmd.polytechnique.fr/htdocs-public/products/GEISA/HTML-GEISA/GeisaAccess.html

HAUT DE PAGE

2 Événements

International Lidar Mapping Forum (annuel) http://www.lidarmap.org/

HAUT DE PAGE

3 Annuaire

International Coordination Group for Laser Atmospheric Studies (ICLAS) http://iclas.hamptonu.edu/

European Aerosol Research Lidar Network to establish an aerosol Climatology (EARLINET) http://www.earlinet.org/

Agence spatiale européenne (ASE), programme Living Planet (les projets de missions sont à rechercher dans Earth Explorers) http://www.esa.int/esaLP/

Centre national...

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