Description

La mission EarthCARE de l’Agence Spatiale Européenne (ESA) en collaboration avec l’Agence Spatiale Japonaise (JAXA) lancée le 28 mai 2024 a pour objectif principal d’améliorer notre connaissance concernant les interactions aérosols-nuages-rayonnement. Le satellite EarthCARE embarque quatre instruments : un lidar à haute résolution spectrale (HSR : High Spectral Resolution) à la longueur d’onde 355 nm, un radar Doppler, un imageur multispectral et un radiomètre à large bande. Le lidar permettra 1) d’avoir des profils verticaux d’aérosols et de nuages fins à l’échelle globale et 2) de faire une classification des différents types d’aérosols. EarthCARE améliorera les performances des observations par rapport à celles issues de CALIPSO/Cloudsat à l’aide du lidar HSR, des deux canaux de polarisation, ainsi qu’un radar Doppler.
Le sujet de thèse vise dans un premier temps à explorer et évaluer la valeur ajoutée des observations lidar d’aérosols issues de la mission EarthCARE au sein d’un système d’assimilation global de composition atmosphérique ARPEGE-COMPO pour mieux représenter et documenter les différents évènements d’aérosols. Il vise également à extraire le maximum d’information en termes d’espèces d’aérosols concernant ces évènements par assimilation de chaque type d’aérosol au sein de ce modèle de composition atmosphérique globale. Nous évaluerons ainsi la capacité des observations EarthCARE, en termes de chaque type d’aérosol, à améliorer la documentation de ces évènements en comparaison à des données indépendantes.
Dans un deuxième temps, nous étudierons la possibilité d’utiliser ces observations issues d’EarthCARE en termes de profils verticaux d’aérosols en synergie avec des observations issues d’imageurs spatiaux. L’objectif est d’évaluer la capacité des profils lidar issus d’EarthCARE à améliorer la composition atmosphérique à l’échelle européenne en termes de concentrations de différents types d’aérosols. Ainsi, nous explorerons la possibilité d’assimiler les informations issues d’instruments soit à bord de satellites géostationnaires (MTG-I/FCI, MTG-S/IRS) ou défilant (IASI-NG) en synergie avec les informations issues d’EarthCARE.
Enfin, l’assimilation des observations d’aérosols issues d’EarthCARE dans le modèle de composition atmosphérique global ARPEGE-COMPO, incluant les composés chimiques et les paramètres météorologiques, permettra d’entamer les premiers travaux sur l’interaction entre les aérosols et les paramètres météorologiques tels que la température, le vent et les nuages. Cela nous permettra d’évaluer l’impact de l’assimilation des observations d’aérosols sur le profil vertical de ces paramètres dans le modèle.
Il convient de noter qu’EarthCARE est le premier satellite équipé de la technologie HSR dédié à la mesure des profils d’aérosols à la longueur d’onde 355 nm, capable de fournir des informations sur différents types d’aérosols. Il s’agit d’observations uniques qui n’ont jamais été mesurées depuis l’espace auparavant. Les travaux qui seront menés dans le cadre de cette thèse offrent donc un cadre idéal pour i) mieux caractériser et documenter les différents types d’aérosols à l’échelle mondiale, ii) évaluer la valeur ajoutée de ce type d’observations pour améliorer la composition atmosphérique en synergie avec les observations d’aérosols issues d’un spectroradiomètre (géostationnaire ou défilant) et iii) offrir de nouvelles opportunités pour étudier l’interaction entre les aérosols et la météorologie à l’échelle mondiale.

Compétences requises

Le/la candidat·e doit avoir un diplôme de Master-2 ou équivalent dans le domaine des sciences de l’atmosphère, de l’ingénierie, des sciences physiques ou mathématiques. Un niveau minimum en anglais est requis afin d’être capable de rédiger des documents scientifiques en anglais. Il/elle doit être capable de développer des codes Python sous Linux avec possibilité de gérer de gros volumes de données. Des connaissances en modélisation numérique, télédétection spatiale ou assimilation de données est un avantage.

Bibliographie

- El Amraoui, L., Sič, B., Piacentini, A., Marécal, V., Frebourg, N., and Attié, J.-L.: Aerosol data assimilation in the MOCAGE chemical transport model during the TRAQA/ChArMEx campaign: lidar observations, Atmos. Meas. Tech., 13, 4645–4667, 2020

- Sič, B., El Amraoui, L., Marécal, V., Josse, B., Arteta, J., Guth, J., Joly, M., and Hamer, P. D.: Modelling of primary aerosols in the chemical transport model MOCAGE: development and evaluation of aerosol physical parameterizations, Geosci. Model Dev., 8, 381–408, 2015.

- Wehr, T., Kubota, T., Tzeremes, G., Wallace, K., Nakatsuka, H., Ohno, Y., Koopman, R., Rusli, S., Kikuchi, M., Eisinger, M., Tanaka, T., Taga, M., Deghaye, P., Tomita, E., and Bernaerts, D.: The EarthCARE mission – science and system overview, Atmos. Meas. Tech., 16, 3581–3608, https://doi.org/10.5194/amt-16-3581-2023, 2023.

Mots clés

Observations lidar, Aérosols, Assimilation de données, Modélisation couplée