Optical depth sensor for measurement of dust and clouds in the atmosphère of Mars : radiative transfer simulations and validation on earth
Institution:
Versailles-St Quentin en YvelinesDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Le sujet central de cette thèse est les travaux théoriques et expérimentaux pour la préparation d'ODS (Optical Depth Sensor) qui est construit pour mesurer des opacités d'aérosol et de cirrus de Mars. Trois résultats principaux ont été réalisés. D'abord, deux modèles de transfert radiatif ont été développés pour l'atmosphère sphérique ; un code de Monte Carlo qui est précis, robuste mais lourd en temps de calculs et une méthode de SHDO qui donne des résultats rapprochés avec la rapidité. Ces deux modèles sont importants pour analyser le cirrus de l'observation d'ODS au crépuscule. Le deuxième accomplissement de la thèse est la définition du procédé de l'inversion de données d'ODS, en choisissant le modèle avec des paramètres atmosphériques connus parmi la base de données pré-simulée qui ressemble mieux l'observation. Ce procédé a été appliqué à l'analyse de la performance théorique de l'ODS qui mène immédiatement à l'optimisation pour le choix des filtres spectraux de l'instrument. Troisièmement, le concept scientifique et le procédé d'inversion ont été vérifiés, pendant les travaux expérimentaux en Afrique occidentale, où la mesure de la profondeur optique d'aérosol, analogue aux celle de Mars, sont conformes aux données de AERONET, un instrument bien établi.
Abstract FR:
The central subject of this thesis is theoretical and experimental works in preparation of ODS (Optical Depth Sensor) which intends to measure Martian aerosol and cirrus opacities. Three principles results have been achieved. First, two radiative transfer simulation models have been developed for the spherical atmosphere; a Monte-Carlo code which is accurate, robust but slow and a SHDO method which give somewhat approximated results with rapidity. These two models are important for analyzing cirrus from ODS observation at twilight. The second achievement of the thesis is the definition of the procedure of ODS data inversion, namely selecting model with known atmospheric parameters among pre-simulated database that best fit observation. This procedure has been applied to the analysis of the theoretical performance of ODS in Martian conditions which leads immediately to the optimization for ODS choice of spectral filters. Finally, the scientific concept and inversion procedure have been verified during experimental works in Martian-analog condition at West Africa, where measurement of aerosol optical depth agree with the well established AERONET data.