Les premières mesures TCCON de CO2 par FTIR depuis le sol dans une mégapole Européenne : comparaison avec un site rural et validation des mesures satellitaires

First ground based FTIR-TCCON measurements of CO2 in a European megacity : comparison with a rural site and validation of satellite measurements

• Auteur / Autrice : Dmitry Koshelev
• Direction : Christof Janssen, Yao Veng Te
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 11/10/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d’étude du rayonnement et de la matière en astrophysique et atmosphères (Paris ; 2002-....)
• Jury : Président / Présidente : Laurence Picon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Ramonet, Martine De Mazière
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maud Rotger, Thorsten Warneke

Mots clés

Mots clés contrôlés

Télédétection

Gaz à effet de serre

Fourier, Spectroscopie infrarouge à transformée de

Mots clés libres

Spectrométrie par transformation de Fourier

Télédétection FTIR depuis le sol

Transfert radiatif

Gaz à effet de serre

XCO2 de TCCON

Mesure de COCC

Fourier transform spectrometry

Ground-based FTIR remote sensing

TCCON XCO2

Résumé

Installée au cœur du quartier Latin, la station TCCON-Paris est le premier site du réseau TCCON exploité dans une mégapole européenne. TCCON est un réseau international de spectromètres FTIR qui surveillent l’abondance de gaz à effet de serre de l’atmosphère par spectroscopie d'absorption solaire directe. Le manuscrit décrit d'abord l'instrument FTS-Paris et la caractérisation de ses performances: détermination de la fonction d'appareil et étude de la stabilité de l'instrument par l'approche de variance Allan. Les résultats TCCON obtenus par GGG (code de transfert radiatif utilisé par le réseau TCCON) sont présentés, ainsi que les études réalisées pour améliorer la précision des mesures de la TCCON-Paris, notamment, l’étude des profils a prioiri de CO2 fournis par GGG (sans prendre en compte les émissions anthropogéniques) dans le cas de Paris. La méthode développée dans le cadre de ce doctorat s’appuie sur les conditions locales et réelles (mesures in situ et Lidar) pour modéliser des profils a priori de CO2 plus adaptés à Paris. Une description détaillée et illustrée est présentée, ainsi que l’étude de sensibilité de cette méthode et les corrections introduites. Le manuscrit termine sur l’utilisation de spectromètre mobiles FTIR à basse résolution (EM27/SUN) pour étudier l’inter-calibration des instruments entre les sites TCCON. Deux campagnes de mesures ont été réalisées pour caractériser les différences possibles entre les sites TCCON-Paris et TCCON-Orléans afin de transférer le standard WMO sur le site de Paris (survol d’avion interdit). Les résultats sont présentées et discutées.

Total Carbon Column Observing Network (TCCON) is a global network of ground-based Fourier transform spectrometers which monitor column-averaged abundances (Xgas) of atmospheric gases by direct solar absorption spectroscopy. TCCON-Paris is the first European TCCON site operated in a megacity, located in the centre of Paris. The manuscript first describes the instrument and the characterisation of its performance. The instrumental line shape is investigated by using low-pressure HCl gas cell measurements. The instrument stability is determined by using the Allan variance approach. We have participated in a blind intercomparison test of measuring N2O gas columns in low-pressure cells. The results of our analysis have helped to identify an error in the référencé measurements. An overview of the GGG software package used by TCCON is given. Quality control procedure and biult-in filters are discussed. Different acquisition setups are compared in order to improve the precision of TCCON-Paris measurements. We investigate, as much CO2 a priori profiles provided by GGG are suited to retrieve CO2 abundances in Paris. From complementary CO2 in-situ and LIDAR measurements at the TCCON-Paris station, we construct improved CO2 a priori profiles that comply with the local ground conditions. An overview of the method and discussion of the sensitivity and biases of the retrieved XCO2 are given. Mobile, low-resolution instruments (EM27/SUN) used to allow the intercalibration of distant TCCON instruments. EM27/SUN was used as a transferable reference between the TCCON-Orleans and TCCON-Paris sites. Differences in retrieved XCO2 between EM27/SUN and TCCON are discussed.