Le Satellite Odin Philippe Ricaud Laboratoire dArologie Toulouse

Le Satellite Odin Philippe Ricaud Laboratoire d’Aérologie, Toulouse

Plan 1 - Le satellite Odin 2 - Spectroscopie dans le domaine sub-mm 3 - Validation 4 - Résultats scientifiques 5 - Implication d’ETHER 2

Le satellite Odin y Mini-satellite y Suède, France, Canada et Finlande y 50 % aéronomie, 50% astronomie y 250 kg y 620 km d’altitude, héliosynchrone (18: 00 nœud ascendant) y Couverture en latitude : 83°S-83°N y 2 instruments : x. Micro-onde (SMR): 480 -580 GHz • O 3 et isotopes, Cl. O, N 2 O, HNO 3, H 2 O et isotopes, CO, température x. UV/VIS et IR (OSIRIS): 200 -700 nm et 1. 27 mm • O 3, NO 2, aérosols, (Br. O, OCl. O) y Lancement en février 2001 (lanceur START-1) 3

Géométries d’observation Hauteur tangente Visée au limbe 4

Le satellite Odin 5

Le satellite Odin z Configuration “lancement” (replié) 6

Lanceur russe START 7

Odin/SMR scheme 8

L’instrument SMR z Mélangeurs Schottky refroidis mécaniquement z 4 bandes (480 -580 GHz non continues) y A 1 y B 2 y A 2 y B 1 541 - 558 GHz 547 - 564 GHz 486 - 504 GHz 563 - 580 GHz z Spectromètres y 2 auto-corrélateurs y 1 spectromètre acousto-optique y 1 banque de filtres (119 GHz pour O 2 ® température) 9

Modes de Mesure z 4 modes scientifiques y Stratosphérique: O 3, Cl. O, HNO 3, N 2 O y Hydrogène : H 2 O, H 2 O 2, HO 2, CO, O 3 y Azote: NO, NO 2, HNO 3, N 2 O, O 3 y Isotope vapeur d ’eau : H 2 O, HDO, H 2 O-18, H 2 O-17, O 3 z 3 modes d’observation y Stratosphère : 10 -60 km y Strato-mésosphère : 20 -70 km y Mésosphère d’été : 60 -100 km 10

MOLIERE : Transfert Radiatif z MOLIERE : Microwave Odin Line Estimation and Retrieval z 0 -3 THz z Raie par raie z Visées y Limbe y Nadir y Instruments : sol, ballon-avion & espace z Continua H 2 O & O 2 z Bases de données spectroscopiques JPL & HITRAN z Fonctions de poids instrumentales y Lobe d’antenne y Réponse spectromètres y Modes SSB & DSB 11

MOLIERE : Retrieval code Estimate the vertical profiles of the studied molecules from the measured spectra • OEM Method (Optimal Estimation Method, Rodgers) Linearisation of the radiative transfer equation around a reference state xref F(x, b) = F(xref , b) + K|xref (xref – xa) , with K = ∂F/∂x Statistical Combinaison of the information coming from an a priori knowledge xa of the profile and from the measurement y ; weighted by the errors • Least-squared methode : Minimisation of 2 = [y – F(x, b)]T Sy– 1 [y – F(x, b)] + [x – xa] Sa– 1 [x – xa] y : measurement ; x : vertical profile ; F : model ; b : model parameters Sa and Sy : covariance matrix associated with xa and y • Solution given by (Rodgers, 1976) : x = xa + (Sa– 1 + KTSy– 1 K)– 1 KTSy– 1 [ y – F(xref , b) + K(xref – xa) ] 12

Non-linear Retrieval Use the OEM even when the problem is non-linear Solutions 1) Treat only the channels that are optically thin 2) Use a non-linear scheme Iterative scheme based on a Newton and Levenberg-Marquardt iteration xi+1 = xa + (Sa– 1 + Ki. TSy– 1 Ki + I)– 1 KTSy– 1 [ ( y – F(xi , b) + K(xi – xa) ) + (xi – xa) ] : Levenberg-Marquardt parameter regularisation of the problem solution not too far of the a priori 13

TRAITEMENT NIVEAU 1 B Exogen Data T-P/ECMWF MISU PDC IDRIS L 2/OSIRIS L 1 B/SMR L 2/SMR ACQUISITION T-P using ARLETTY STORAGE CTSO Spectra in L 1 B MOLIERE L 2/MOLIERE ETHER CTSO/NOMINAL USERS FRENCH AERONOMERS CTSO/DEVELOPMENT OBSERVATOIRE DE BORDEAUX 14

Odin/SMR Measurements Studied Molecules and Expected Retrieval Frequency (GHz) Molecule Altitude (km) 501. 18 -501. 58 O 3 20 -60 Cl. O 16 -60 501. 98 -502. 38 N 2 O 15 -60 544. 20 -545. 00 HNO 3 20 -60 O 3 20 -80 488. 95 -489. 35 H 218 O 22 -65 O 3 18 -60 488. 35 -488. 75 H 216 O 22 -72 556. 60 -557. 40 H 216 O 33 -100 O 3 35 -60 576. 06 -576. 86 O 3 25 -80 CO 25 -90 489. 95 -490. 75 HDO 17 -65 18 O 20 -45 3 15

Implication Française Aéronomie z Laboratoires y Observatoire de Bordeaux → Laboratoire d’Aérologie y Service d’Aéronomie y Météo-France/CNRM z Ether, base de données y IPSL (Paris) y CNES (Toulouse) z Chaîne de traitement des données micro-ondes, modélisation, assimilation, interprétation 16

Spectroscopie dans le domaine sub-mm 17

O 3, Cl. O, N 2 O Urban et al. , 2006 18

Cl. O N 2 O O 3 Urban et al. , 2006 19

O 3, HNO 3 Urban et al. , 2006 20

O 3 HNO 3 Urban et al. , 2006 21

H 2 O et isotopes Urban et al. , 2007 22

Vapeur d’eau H 2 O Urban et al. , 2007 H 2 O-18 HDO H 2 O 23

CO Dupuy et al. , 2005 24

H 2 CO Ricaud et al. , 2007 25

Ricaud et al. , 2007 26

Weak Line Studies Zelinger et al. , 2007 27

3 - Validation 28

SAOZ-MIR, SMR and OSIRIS Mean, difference and standard deviation at 22°S (Brasil to Australia) in February 2003 • OSIRIS : within 1% and 100 m on average with SAOZ, larger 8% standard dev. 8% in the stratosphere, degrading rapidly below 19 km • SMR: within 7% and 1 km with SAOZ, 20% standard dev. In the stratosphere, degrading below 20 km 29

NO 2 : OSIRIS vs SAOZ 30

N 2 O : SMR vs LPMA SMR LPMA 31

4 - Analyses scientifiques 32

19 -20/09/02 Cl. O N 2 O O 3 Cl. O N 2 O 4 -5/10/02 1 -2/10/02 25 -26/09/02 O 3 Ricaud et al. , 2005 Odin REPROBUS 33

Trou d’ozone arctique El Amraoui et al. , 2008 34

Rapport D/H : Janvier 2002 35

N 2 O QBO Phase ODIN E W E MOCAGE SLIMCAT Ricaud et al. , 2009 36

N 2 O : AO, SAO and QBO Model underestimation of the AO in the UTLS AO SAO QBO Ricaud et al. , 2009 Non-negligible measured SAO at 100 h. Pa 37

OLR MAM season z At 400 K, all measured gases (N 2 O, CH 4 and CO) show significant longitudinal variations, not captured by the model (Ricaud et al. , ACP, 2007). z The maximum amounts are primarily located over Africa in MAM 2002 -2004. z The suggestion is of strong overshooting over land convective regions, particularly Africa, very consistent with the TRMM maximum overshooting features over the same region during the same season. 400 K ODIN N 2 O 400 K MOCAGE N 2 O OPF 38 Overshooting Probability Function (Liu and Zipfser, JGR, 2005)

1. 2 ppbv/yr ; 0. 4 ppbv/yr 1. 9 ppbv/yr ; 0. 2 ppbv/yr 1. 7 ppbv/yr ; 1. 6 ppbv/yr -3. 2 ppbv/yr; -6. 3 ppbv/yr 1. 6 ppbv/yr ; 1. 2 ppbv/yr -0. 7 ppbv/yr 1. 2 ppbv/yr 0. 8 ppbv/yr ; 0. 7 ppbv/yr 39

Exploitation des données ODIN dans ETHER z État de l’archive : y Données SMR : x L 1 B de 2001 à 2009, V 6 : toutes bandes confondues, rapatriement des données de la V 7 en cours x L 2 non officielles de 2001 à 2008 produites par la CTSO, V 225 : molécules N 2 O, O 3 et Cl. O x L 2 officielles V 2. 1 : de 2001 à 2009 (O 3, N 2 O, Cl. O) y Données OSIRIS : x L 2 de 2001 à 2009, V 3. 0: O 3, NO 2 z Exploitation des données ODIN/SMR y Traitement systématique des mesures de N 2 O, O 3 et Cl. O de l’instrument ODIN/SMR sur Ether x Données 2004 à 2008 produites x Données 2002 (mars – avril –mai ) et 2009 en cours de production y Création et mise à jour des fichiers logs dressant la liste des L 1 B récupérés et des L 2 produits sur Ether 40

Synthèse z ODIN toujours opérationnel z Mode 100% aéronomie depuis 2007 z Bilan publications ODIN : 127 y SMR : 68 dont 31 françaises, le reste venant de Suède, USA, et Japon y OSIRIS : le reste, essentiellement Canada 41