La haute sensibilité de la surface Aeolus UV rétablit la réflectivité de la surface
Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 17552 (2023) Citer cet article
Détails des métriques
Les climatologies mondiales de réflectivité de surface des ultraviolets (UV) sont toutes composées d'observations par télédétection passive à la lumière du jour de la lumière UV réfléchie, généralement intégrées sur une distribution de directions de réflexion atteignables. Nous avons découvert la sensibilité des retours de surface lidar (LSR) d'Aeolus aux caractéristiques de la surface, fournissant ainsi la première preuve que la télédétection active peut être utilisée efficacement pour récupérer la réflectivité de surface UV unidirectionnelle à l'échelle mondiale. LSR reproduit les changements mensuels de réflectivité de surface au Sahara, qui sont visibles dans les climatologies de réflectivité équivalente lambertienne (LER) de TROPOMI et GOME-2. Des corrélations très élevées (r > 0,90) entre les climatologies maillées LSR et LER sont signalées aux échelles mondiale et régionale pour 36 régions différentes. Trois gradients clairs de couverture terrestre sont discernés à partir du signal Aeolus LSR : (1) eau/terre, (2) végétation/zones arides et (3) pas de neige/neige. Le signal LSR le plus fort a été récupéré sur la neige, tandis que sur la végétation, nous avons trouvé un accord négatif modéré (r < − 0,60) entre le LSR et l'indice de végétation. Dans l’ensemble, le succès de la première méthode de télédétection active permettant de récupérer la réflectivité de surface UV unidirectionnelle à l’aide d’Aeolus est démontré. Notre approche peut être utilisée efficacement pour détecter les terres non résolues et, en particulier, les changements de couverture neigeuse aux hautes latitudes car, contrairement aux instruments passifs, Aeolus a également fourni des observations nocturnes.
La connaissance limitée des caractéristiques de réflectivité de surface aux longueurs d'onde ultraviolettes (UV) a été une source de résultats contradictoires dans des études antérieures1. Cette lacune est particulièrement préoccupante puisque nous avons besoin de connaître les caractéristiques de réflectance de la surface UV pour comprendre l’exposition humaine aux UV et pour récupérer des estimations précises de la profondeur optique des aérosols à 355 nm2. Plus important encore, les informations sur la réflectivité de la surface sont une condition préalable à toute application nécessitant une modélisation précise du transfert radiatif, telle que la télédétection spatiale de gaz traces, d'aérosols/nuages ou de modèles de transport chimique. En outre, les fortes caractéristiques de réflectance de surface des surfaces blanches à la longueur d'onde UV3,4 réduisent à néant le potentiel de détection des surfaces enneigées ou même la classification du type de neige (ancienne/nouvelle) si une carte précise et à haute résolution de réflectance de surface UV peut être généré. Ces informations sont essentielles pour éviter une sous-estimation de l’albédo de la neige5, qui peut nuire aux instruments de télédétection passive aux hautes latitudes.
Malgré la nécessité d’estimations précises de l’albédo de surface pour les études climatiques et la recherche atmosphérique, notre compréhension de la réflectivité de surface à l’échelle mondiale dans la bande spectrale UV reste limitée. À ce jour, toutes les études de télédétection se sont appuyées sur des instruments passifs pour récupérer les caractéristiques de réflectivité de surface dans les UV, qui utilisent le soleil et le rayonnement atmosphérique associé comme source de lumière pour la récupération. Par exemple, les climatologies de réflectivité équivalente lambertienne (LER) générées à l'aide de telles méthodes contiennent des erreurs substantielles, découlant de la nécessité d'appliquer une correction atmosphérique, infligeant des effets plus néfastes à des longueurs d'onde plus courtes3. Ces climatologies ne prennent en compte aucune observation provenant de régions de haute latitude pendant la nuit polaire et sont basées sur des observations sur tous les angles hémisphériques solides, nécessitant des hypothèses sur le type de réflectance lambertienne. Des études antérieures ont indiqué que ces lacunes et hypothèses peuvent être atténuées par la télédétection active telle que le sondage lidar6, qui bénéficie du petit champ de vision, de la stabilité ; source de lumière unidirectionnelle du laser utilisé et angle de vision constant des observations. De plus, les observations lidar peuvent fournir des caractéristiques unidirectionnelles de réflectivité de surface telles qu'une rétrodiffusion atténuée depuis la surface (sr−1)7 sans hypothèses sur l'hétérogénéité et l'isotropie de la surface horizontale sous-jacente requises pour les instruments passifs1.