Objectifs

Le but de сes missions est de fournir des mesures globales des aérosols et des nuages nécessaires pour parvenir à une meilleure compréhension de leur rôle dans le climat, et pour améliorer nos capacités à prédire les changements climatiques à long terme ainsi que les variations saisonnières ou inter-annuelles.

Calipso et CloudSat apportent des informations très complémentaires qui peuvent être combinées pour offrir une vision 3-D sur la façon dont les nuages et les aérosols se forment, évoluent et influent sur le temps et le climat. Ils volent en formation avec les autres satellites de la constellation de l’A-Train pour permettre une compréhension encore plus approfondie de notre système climatique grâce au large éventail de capteurs disponibles sur l’ensemble de cette constellation.

Calipso et CloudSat sont en orbite autour de la Terre à une altitude de 705 km, avec une inclination nominale d’approximativement 98,2 degrés. Ils ont été mis en orbite ensemble en avril 2006 pour une durée initiale de 3 ans mais, étant donné leur bon fonctionnement, leur mission a été prolongée en plusieurs étapes jusqu’en 2022.

Nota : Calipso et CloudSat ont quitté l’A-Train en février 2018 et continuent leur mission scientifique sur une nouvelle orbite sous l’A-Train.

CALIPSO (Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation)

Calipso est une mission des sciences de la Terre en coopération entre la NASA et le CNES dédiée à la mesure des distributions verticales ainsi que des propriétés optiques et physiques des aérosols et des nuages dans l’atmosphère, qui influencent le bilan radiatif de la Terre. Pour cela, elle combine les informations apportées par un lidar actif avec celles d’imageurs passifs dans les domaines infrarouge et visible.

Calipso fournit depuis 2006 et pour la première fois, une collecte de données de couverture géographique globale, avec des mesures de profils (à 30 m près) et des mesures d’épaisseur optique des nuages et des aérosols.

Le satellite Calipso est constitué :

• d’une plateforme Proteus (Plateforme Reconfigurable pour l’Observation, pour les Télécommunications et les Usages Scientifiques). Cette plateforme est conçue pour des satellites de masse environ 500 kg au lancement.
• d’une charge utile constituée :
  • de CALIOP : un lidar à rétrodiffusion (instrument principal (532 nm et 1064 nm avec polarisant), équipé d’un télescope de 1 mètre de diamètre),
  • d’une caméra visible (WFC : Wide-Field Camera),
  • d’un radiomètre Imageur infra-rouge (IIR : Infrared Imager Radiometer)

CALIOP (Cloud-Aerosol LIdar with Orthogonal Polarization)

CALIOP est l’instrument principal de la mission CALIPSO

CALIOP est un lidar à rétrodiffusion à deux longueurs d’ondes (532 et 1064 nm) et sensible à la polarisation à 1064 nm. Il fournit des profils verticaux à haute résolution des nuages et des aérosols.

CALIOP a trois canaux de réception qui mesurent l’intensité rétrodiffusée à 1064 nm et deux composantes polarisées, parallèlement et perpendiculairement au plan de polarisation du faisceau émis, à 532 nm.

Le télescope de réception a un diamètre de 1 m. Le champ de vue du télescope est de 130 µrad ce qui donne une empreinte au sol d’environ 90 m de diamètre.

La numérisation sur 14 bits pour chaque voie de réception assure une dynamique correspondant à 22 bits qui convient pour mesurer les signaux rétrodiffusés par les nuages aussi bien que le ciel clair. Un mécanisme actif de pointage est utilisé pour asservir les faisceaux d’émission et de réception.

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

CloudSat

CloudSat est un satellite de la NASA. Il permet une étude précise des nuages afin de mieux caractériser le rôle qu’ils jouent dans la régulation du climat de la Terre. CloudSat fournit, à une échelle globale, une caractérisation de la structure verticale et du chevauchement des systèmes nuageux ainsi que de leur composition en eau liquide et en glace.

CloudSat utilise un radar perfectionné de profilage des nuages pour les « découper en tranches » et examiner leur structure interne. Il offre la possibilité d’observer conjointement les nuages et les précipitations qui en proviennent et permet d’étudier les processus qui transforment les minuscules particules de nuages en précipitation.

CPR (Cloud Profiling Radar)

Le radar profileur de nuages (CPR) est un radar à visée nadir de 94 GHz qui mesure la rétrodiffusion des nuages en fonction de leur distance au radar. Le CPR a été développé conjointement par la NASA/JPL et l’Agence spatiale canadienne (ASC).

La conception du CPR a été dictée par les objectifs scientifiques de la mission adaptés aux capacités d’un satellite.

• Fréquence nominale 94 GHz
• Largeur d’impulsion 3,3 µsec
• PRF 4300 Hz
• Facteur de réflectivité minimal détectable < -29 dBZ
• Taille de l’antenne 1,85 m
• Dynamique 70 dB
• Temps d’intégration 0,16 sec
• Angle de nadir 0,16°
• Résolution verticale 500 m
• Résolution 1,4 km x 1,7 km

Synergie Multi-Capteurs

La combinaison des mesures colocalisées du radar CloudSat et du lidar CALIPSO est très utile pour la détermination des propriétés des nuages et de leur distribution verticale. En effet, les rétrodiffusions du radar et du lidar sont proportionnelles à des caractéristiques très différentes en fonction de la taille des particules et fournissent donc des informations très complémentaires. De plus, le signal radar peut pénétrer à l’intérieur de nuages de glace épais alors que le lidar ne le peut pas, mais peut en revanche, grâce à sa plus grande sensibilité, identifier des nuages de glace très fins. Le radar est également principalement sensible à la glace (plus grands diamètres) alors que le lidar est plus sensible à l’eau liquide (plus grande concentration) ce qui permet de distinguer efficacement la phase du nuage.

L’algorithme DARDAR (raDAR/liDAR) fournit un masque nuages/aérosols, dérivé à la fois du radar et du lidar, ainsi que des données sur les nuages de glace. Il a été élaboré dans le cadre d’une collaboration entre l’IPSL/LATMOS (Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales) et le Cloud Group du Département de Météorologie de l’Université de Reading.

L’algorithme SODA (Synergized Optical Depth of Aerosols) étend la synergie des mesures offertes par la constellation de l’A-Train et fournit les profondeurs optiques des aérosols et des nuages semi-transparents à partir de la combinaison de plusieurs instruments de l’A-Train : CALIOP sur CALIPSO, CPR sur CloudSat, AMSR_E (Advanced Microwave Scanning Radiometer) et MODIS sur Aqua et AMSR2 sur GCOM-W.

Ce produit résulte d’une coopération entre IPSL-LATMOS, NASA-LaRC et le centre de données AERIS-ICARE.

Produits disponibles à AERIS

CALIPSO :

• CALIOP Niveau 1 Rétrodiffusion Lidar
• CALIOP Niveau 2 Classification Verticale
• CALIOP Niveau 2 Couches Nuages
• CALIOP Niveau 2 Couches Aérosols
• CALIOP Niveau 2 Profil des Nuages
• CALIOP Niveau 2 Profil des Aérosols
• IIR Niveau 1 Luminances
• IIR Niveau 2 Température de Brillance et Emissivité
• IIR Niveau 3 Synthèse Mensuelle Température de Brillance
• WFC Niveau 1 Réflectance

CloudSat :

• Niveau 1 Profils de Rétrodiffusion Radar
• Niveau 2 Classification des Nuages
• Niveau 2 Contenu en Eau des Nuages
• Niveau 2 Masque de Nuages et Réflectivité Radar
• Niveau 2 Epaisseur Optique des Nuages
• Niveau 2 Flux Radiatif et Taux de Chauffage

CALIPSO/CloudSat :

• DARDAR Classification des Nuages et des Aérosols
• DARDAR Produit Nuages
• SODA Epaisseur Optique des Aérosols et des Nuages Fins
• SODA Niveau 3 Moyenne Mensuelle

Contacts

Point de contact

Cyrille Flamant (IPSL) Contact scientifique

cyrille.flamant@latmos.ipsl.fr

Pascale Ferrage (CNES) Contact satellite

Pascale.ferrage@cnes.fr