Comment Calculer l’Epaisseur Optique des Aérosols

L’intensité I d’un étroit rayon de soleil d’une longueur d’onde spécifique qui atteint la terre est donnée par:

I = I_oe^-(am)

Où I_o est l’intensité de la lumière du soleil juste au dessus de l’atmosphère, a est l’épaisseur optique atmosphérique totale, et m est la masse relative de l’air. m=1 quand le soleil est directement à la verticale et est autrement environ égale a sec(z), avec z étant l’angle du soleil à son zenith.

L’épaisseur optique atmosphérique totale peut être divisée en deux parties – une partie venant du fait que les molécules dans l’atmosphère dissipent la lumière provenant des rayon direct du soleil (dissipation de Rayleigh) et une autre partie due à un éparpillement par les aérosols. Le dissipation de Rayleigh a_R est proportionnelle au rapport de la pression atmosphérique au point d’observation par celle à la surface de la mer, p/p_o. Ainsi,

a = a_a + a_R(p/p_o)    

Si le photomètre de soleil mesure l’intensité de la lumière de telle sorte que le signal en volt produit par l’instrument est directement proportionel a l’intensité, alors

V = V_o(r_o/r)²e^-[a_a ^{+ a}_R^(p/p_o^)]m

En prenant a_a comme inconnue,

a_a = [ln(V_o(r_o/r)²) - ln(V) - a_R(p/p_o)m]/m

Deux valeurs sur la droite de l’équation sont constantes, étant des données caractéristiques de l’instrument. Le voltage V_o, constante extraterrestre, est le voltage que le photomètre solaire relèverait si il était pointé vers le soleil juste à l’extérieur de l’atmosphère terrestre, la terre étant à 1 unité atmosphérique (UA) du soleil. Cette constante d’étalonnage de l’instrument est déterminée par l’équipe scientifique. La dissipation de Rayleigh a_R est fonction de la longueur d’onde à laquelle un photomètre solaire donné répond à la lumière du soleil. En ce qui concerne le photomètre solaire de GLOBE, la valeur de a_R est déterminée à partir de la réponse spectrale des DEL détectrices et est égale a environ 0.318 pour le canal vert et environ 0.058 pour le canal rouge.

Les autres valeurs sur la droite de l’équation dépendent des conditions dans lesquelles les mesures sont faites. Le voltage V est ce qui est enregistré quand le photomètre solaire de GLOBE est pointé sur le soleil. Le rapport r_o/r est le rapport d’une UA par la distance actuelle entre la terre et le soleil, en unite de UA, à l’heure à laquelle une mesure est prise; ce rapport dépend de la date à laquelle la mesure est prise et est utilisée pour rectifier la constante V_o par rapport au voltage que le photomètre solaire percevrait à l’heure de la mesure. L’on peut déterminer p/p_o soit directement à partir du baromètre, soit indirectement (avec une précision raisonnable) à partir de l’élevation du point d’observation.

L’on peut simplifier en disant que l’épaisseur atmosphérique optique totale dépend uniquement de la dissipation par les molécules (Rayleigh) et par les aérosols. La simplification est utile car elle sépare conceptuellement la contribution de l’atmosphère “naturelle” (moléculaire) de celle de “contaminants” tels que les aérosols. D’autres constituants de la dernière catégorie comprennent l’ozone qui absorbe la lumière du soleil à la portée de la longueur d’onde du photomètre solaire. L’absorption de l’ozone peut etre prise en compte par des mesures directes de l’ozone totale dans l’atmosphere (pas uniquement l’ozone tropospherique, ce qui est un protocol atmosphérique de GLOBE), en utilisant les mesures de l’ozone faites par satellite, ou en utilisant des moyennes climatologiques de concentrations d’ozone pour une location et une saison données. La mesure de l’ozone totale demande de l’équipement qui coute tres cher. Les moyennes climatologiques sont moins précises que les mesures par satellite. En milieu d’air tres pur, la marge d’erreur provenant de l’ignorance de l’absorption par l’ozone et les autres gaz peut être considérable. Néanmoins il est possible d’apporter des rectifications “après mesure” si l’on dispose de suffisament d’information provenant d’autres sources.