La Mission CALIPSO

1 La mission

CALIPSO (Cloud Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations) est une mission Franco-américaine d'étude des impacts radiatifs des nuages et des aérosols qui représentent actuellement les principales incertitudes sur la prédiction de l'évolution du climat.

CALIPSO vole en formation avec CLOUDSAT dans l'A-Train à une altitude de 705km (illustration ci-dessous), avec une inclinaison nominale de approximativement 98.2 degrés. Il embarque une charge utile composée d'un Lidar à rétrodiffusion (CALIOP, NASA), d'un Imageur Infrarouge (IIR, CNES) et d'une Caméra Visible (WFC, NASA).

The A-Train
Les satellites de l'A-Train (credits : NASA)

La responsabilité d'ensemble de la mission est assurée par le « Principal Investigator » (PI) de la NASA, assisté des Co-PI Français (IPSL) et Américain (Hampton University). Le CNES est en charge de la spécification de la chaîne de traitement IIR niveau 1, l'IPSL est en charge de la spécification de la chaîne de traitement IIR niveau 2 en collaboration avec le CGTD qui assure l'opérationnalisation de la chaîne.

2 Les instruments

La Plateforme Calipso
Plateforme et charge utile
© Alcatel Alenia Space,2004
Les Instruments CALIPSO
Les Instruments

2.1 CALIOP (Cloud-Aerosol LIdar with Orthogonal Polarization)

Lidar à rétrodiffusion à deux longueurs d'ondes (532 et 1064 nm) et sensible à la polarisation à 532nm. Il fournit des profils verticaux à haute résolution des nuages et des aérosols.

  • Type de lidar : Nd: YAG, diode-pumped, Q-switched, frequency-doubled
  • Taux de répétition : 20.25 Hz
  • Diamètre du téléscope : 1m
  • Champ de vue du téléscope : 135µrad soit une tâche au sol d'environ 90m de diamètre
  • Résolution horizontale/verticale : 333m/30-60m

2.2 IIR (Infrared Imager Radiometer)

Radiomètre imageur à 3 canaux dans l'infrarouge thermique à 8.65 µm, 10.6 µm et 12.05 µm. Il fournit le contexte de la mesure lidar de nuit. Utilisé en synergie avec le lidar il permet de restituer les caractéristiques microphysiques des nuages (IIR niveau 2)

  • Détecteur : détecteur matriciel microbolométrique 64X64 pixels
  • Champ de vue au sol : 64km centré sur le spot lidar
  • Résolution au sol : 1kmX1km
  • Calibration absolue : +/-1K
  • Co-registration avec le lidar : +/-500m

2.3 WFC (Wide Field of view Camera)

Imageur mono-canal à 645nm destiné à fournir, de jour, le contexte de la mesure lidar

  • Détecteur : matrice CCD 512X512 pixels
  • Champ de vue au sol : 60km centré sur le spot lidar
  • Résolution au sol : la pleine résolution (125mX125m) est conservée dans une zone de 5km de part et d'autre de la trace du satellite. En dehors de cette zone la résolution est dégradée à bord à 1kmX1km

3 Les objectifs scientifiques

3.1 Premier objectif scientifique :

Fournir un ensemble complet d'observations à partir desquelles il sera possible de réaliser les premières estimations basées sur des mesures de l'effet radiatif direct des aérosols.

Les estimations du forçage radiatif des aérosols sont calculées en utilisant des modèles de transport des aérosols. La synergie des mesures résultant des missions EOS et CALIPSO doit permettre des progrès significatifs dans la paramétrisation de ces modèles (épaisseur optique, profil vertical, albédo de simple diffusion, intensité des sources) et donc la réduction des incertitudes actuelles sur les calculs radiatifs.

3.2 Deuxième objectif scientifique :

Fournir une base de mesures pour une amélioration significative de la quantification de l'effet indirect des aérosols aux échelles globale et régionale.

Le lidar est particulièrement bien adapté à l'étude des interactions aérosols/nuages : il permet une bonne détection nuageuse et une identification séparée des aérosols et des nuages. Ses performances à détecter les aérosols à faible épaisseur optique, c'est-à-dire dans les conditions où l'interaction avec les nuages est maximale sont un atout supplémentaire.

La mesure conjointe du bilan radiatif avec CERES sur AUA fournira un ensemble complet de mesures pour cette problématique délicate.

3.3 Troisième objectif scientifique :

Améliorer d'un facteur 2 la précision des estimations satellitales des flux radiatifs ondes-longues.

L'incertitude majeure sur ce thème réside dans la non prise en compte des nuages multicouches qui représentent plus de la moitié des situations. Les capacités de pénétration du Lidar de CALIPSO permettront de résoudre les systèmes multicouches, en complément des données des instruments MODIS et CERES (à bord du satellite AQUA) en entrée des calculs de flux radiatifs.

3.4 Quatrième objectif scientifique :

Améliorer la connaissance de l'effet des nuages sur le climat au travers d'une meilleure caractérisation des cirrus fins, des nuages polaires et des nuages multicouches pour lesquels l'imagerie passive est inadaptée.

3.5 Objectif scientifique transverse :

Synergie Lidar / « grand champ »

La validation des produits géophysiques des capteurs grand champ est toujours une opération lourde du fait de la difficulté de la collecte d'observations in-situ coïncidentes. Le fait de disposer des profils lidar quasi-simultanés de façon permanente est pour la validation de AQUA un atout considérable. En retour, après validation sur la trace Lidar, les produits « grand champ » permettront d'étendre spatialement les propriétés déduites du Lidar.

4 Liens externes