IASI

Interféromètre Atmosphérique de Sondage Infrarouge
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Développé par le CNES en coopération avec Eumetsat, l’organisation européenne pour l’exploitation des satellites météorologiques, l’instrument IASI (Interféromètre Atmosphérique de Sondage Infrarouge) a été conçu pour la météorologie opérationnelle et la surveillance de la chimie atmosphérique et du climat.
IASI est un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier qui fournit des spectres de luminance de l’atmosphère et des variables atmosphériques dérivées pour alimenter les centres de prévisions météorologiques opérationnels, les services Copernicus et la communauté scientifique.

Trois instruments identiques ont été développés. Ils sont embarqués à bord des satellites METOP d’Eumetsat. Cette série d’instruments IASI permet de fournir des jeux de données homogènes sur le long terme. La continuité du programme sera assurée par l’instrument IASI-Nouvelle Génération (IASI-NG) qui sera lancé à bord des satellites Metop-Seconde Génération (METOP-SG) à partir de 2024.

Depuis une orbite polaire à environ 800 km d’altitude et avec une fauchée de plus de 2000 km, les instruments IASI observent deux fois par jour la totalité de l’atmosphère terrestre dans les domaines infrarouge courtes longueurs d’onde (SWIR) et infrarouge thermique (IRT). Ils fournissent des observations utiles à la fois pour la météorologie, le suivi de la composition atmosphérique et les études sur le climat.

Un apport important dans les prévisions météorologiques

IASI fournit, en temps peu différé et opérationnellement, des profils de température et d’humidité qui sont intégrés dans les modèles de prévision numérique des agences météorologiques et qui contribuent significativement à l’amélioration de ces modèles. Il permet par exemple d’affiner les prévisions à l’échelle de la journée, d’étendre la période de prévision, de mieux localiser les zones pluvieuses, de mieux anticiper l’évolution des tempêtes… L’impact de IASI sur la qualité des prévisions est le plus important de tous les instruments satellitaires utilisés dans les modèles météorologiques.

Un outil unique pour le suivi de la composition atmosphérique

IASI apporte également une forte contribution à la surveillance de la composition atmosphérique à l’échelle planétaire. La grande qualité radiométrique des mesures permet de déterminer la composition verticale des principaux gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone (CO2) et le méthane (CH4) et la colonne intégrée de nombreux gaz trace dont notamment l’ozone (O3), le monoxyde de carbone (CO) et le dioxyde de soufre (SO2). IASI peut également être utilisé pour surveiller les panaches de gaz et les aérosols permettant un suivi de l’évolution des grands feux et de certains pics de pollution. On peut citer d’autres applications importantes comme la surveillance de l’évolution du trou dans la couche d’ozone ou la mesure de l’impact de l’agriculture intensive à travers l’inversion des émissions d’ammoniac (NH3).

Des données précieuses pour l’étude du changement climatique

La qualité, la stabilité des mesures de IASI et sa longue durée d’exploitation (déjà 15 ans et de nombreuses années encore à venir…) en font un instrument précieux pour la constitution de longues séries temporelles de plusieurs variables climatiques essentielles comme la température, l’humidité, la couverture nuageuse, les aérosols, les gaz à effets de serre, les propriétés des surfaces continentales…
De plus, ces performances inédites pour un instrument spatial et son exceptionnelle stabilité spectrale et radiométrique en font l’instrument de référence pour l’inter-étalonnage des instruments infrarouge d’observation de la Terre dans le cadre international du GSICS.

Cette vidéo illustre les événements extrêmes observés par la mission IASI à bord du satellite Metop. Crédits : Cathy Clerbaux

Le satellite

Les 3 satellites METOP-A, B et C sont identiques. Ils constituent la première série des satellites d’Eumetsat en orbite polaire et ont été lancés respectivement en 2006, 2012 et 2018.

Principales caractéristiques des satellites :

  • Masse au décollage : 4085 kg
  • Dimensions :    6,2 m x 3,4 m x 3,4 m (configuration lancement)

17,6 m x 6,7 m x 5,4 m (configuration orbitale)

  • Puissance : 3890 W (fin de vie)
  • Stabilisation 3 axes

Depuis octobre 2012, au moins 2 satellites fonctionnent simultanément et opérationnellement. Pour optimiser l’utilisation des observations, les satellites volent en tandem décalés d’une demi-orbite : en opposition de phase sur la même orbite. De juin 2019 à octobre 2021, période pendant laquelle 3 satellites ont fonctionné, ce sont METOP B et C qui ont été considérés comme opérationnels et METOP A a été positionné en décalage d’un quart d’orbite derrière METOP B.

Principaux paramètres d’orbite des satellites METOP :

  • Orbite circulaire héliosynchrone
  • Altitude moyenne : 817 km
  • Inclinaison : 98,7°
  • Heure locale de passage à l’équateur : 9h30
  • Cycle : 29 jours (412 orbites)

La charge utile des satellites METOP est composée d’une douzaine d’instruments dont huit, en dehors d’IASI, ont une utilisation en météorologie.

Autres instruments météorologiques embarqués sur METOP :

  • AMSU (2 instruments), Advanced Microwave Sounding Unit – sondeur de température micro-ondes à 15 canaux dont le rôle principal est de produire des sondages de température au-dessus de zones complètement nuageuses et d’aider à la détection des nuages pour les autres instruments – instruments NOAA
  • MHS, Microwave Humidity Sounder – instrument à cinq canaux micro-ondes sensible à l’eau liquide dans les nuages et permettant une évaluation qualitative du taux de précipitation – instrument Eumetsat
  • HIRS/4, High Resolution Infrared Radiation Sounder – sondeur à 19 canaux dans l’infrarouge et 1 canal dans le domaine spectral visible fournissant principalement des profils de température et d’humidité et un contenu intégré d’ozone– instrument NOAA
  • AVHRR/3, Advanced Very High Resolution Radiometer – imageur multispectral à 6 canaux dans le domaine spectral visible et infrarouge. Son objectif principal est la caractérisation des nuages (distribution, hauteur du sommet, émissivité, etc.), la température des mers et la couverture de glace, le suivi du manteau neigeux, la caractérisation de la végétation – instrument NOAA
  • GOME-2, Global Ozone Monitoring Experiment-2 – spectromètre UV/VIS pour la mesure de la concentration de l’ozone atmosphérique et d’autres gaz traces – instrument ESA/Eumetsat
  • ASCAT, Advanced Scatterometer – scatteromètre pour mesurer la vitesse et la direction du vent sur les océans – instrument ESA
  • GRAS, GNSS Receiver for Atmospheric Sounding – récepteur GNSS pour la mesure de profils de température et d’humidité aux limbes par radio occultation – instrument ESA/Eumetsat

L’instrument IASI

L’instrument IASI est conçu pour mesurer les spectres atmosphériques dans l’infrarouge. Il est constitué d’un spectromètre à transformée de Fourier (FTS) basé sur le principe de l’interféromètre de Michelson (les miroirs plats sont remplacés par des miroirs en coin rétroréfléchissants) fonctionnant dans la gamme spectrale 3,6-15,5 µm (2760-645 cm-1), couplé à un système d’imagerie intégré permettant la caractérisation de la nébulosité dans le champ de vue du FTS.

Il comprend une unité de gestion bord (module capteur) qui acquiert les interférogrammes bruts et un sous-système de traitement numérique qui réalise la transformée de Fourier inverse et la calibration radiométrique. Le rayonnement infrarouge émis est décomposé en 8461 canaux.

IASI sur METOP Crédits CNES

Afin d’assurer une couverture mondiale journalière, IASI observe la Terre jusqu’à un angle de 48,3º des deux côtés de la trajectoire du satellite. Toutes les 8 secondes (48 km au nadir), il effectue un balayage transversal à la trajectoire du satellite sur une fauchée totale d’environ 2050 km. Pendant ce balayage, le miroir se déplace et effectue 30 mesures régulièrement espacées. Chaque champ de vision instantané (IFOV) de 3,33 º x 3,33º, ou environ 50 km x 50 km au nadir, est réalisé par une matrice de 2 x 2 pixels, chaque pixel ayant un champ de vision circulaire de 0,83º (empreinte au sol d’environ 12 km de diamètre au nadir). Une calibration (vue de l’espace froid et mise à jour des coefficients d’étalonnage) est effectuée après chaque cycle de balayage.

Principales caractéristiques instrumentales :

Type de balayageStep and dwell
Durée de balayage8 s
Fauchée±48.3°
Largeur de fauchée± 1026 km
Couverture de la Terre2 fois par jour (jour/nuit)
Champ de vue3.33o (48 km au nadir)
avec 4 pixels de 12 km
Domaine spectral 645-2760 cm-1 (3,6-15,5 µm)
Résolution spectrale 0,3-0,5 cm-1 (0.5 cm-1 apodisé)
Bruit radiométrique (à 280 K) 0,1-0,2 K (650-1750 cm-1)
0,2-0,4 K (1750-2500 cm-1)

Les Produits

Le traitement de niveau 1 des données IASI, et de certains niveaux 2, est mis en œuvre par Eumetsat dans le cadre du système EPS (Eumetsat Polar System). Les données sont traitées dès leur réception en station (moins de 2 heures après leur acquisition), transférées immédiatement aux centres de prévisions météorologiques et mises à disposition plus largement grâce au système de diffusion Eumetcast.

Le CDS ESPRI d’AERIS collecte au fil de l’eau les produits IASI de niveau 1C (spectres de luminance atmosphérique) et de niveau 2 d’Eumetsat (température, humidité et contenu nuageux) grâce à une antenne dédiée à la réception des données transmises par la liaison satellite d’Eumetcast. Ces produits sont archivés à AERIS mais, selon un accord avec Eumetsat, ils sont soumis à un accès restreint pour la communauté scientifique française.

A partir des niveaux 1 reçus, AERIS génère des produits de niveau 2 et de niveau 3 de composés atmosphériques tels que le monoxyde de carbone (CO), l’ozone (O3), le méthane (CH4), le dioxyde de soufre (SO2), l’ammoniac (NH3), les poussières, l’acide formique (HCOOH). Un traitement d’inversion original utilisant la synergie des instruments IASI et GOME2 est également réalisé pour fournir des profils verticaux d’O3.
En outre, dans le cadre du programme GEWEX (Global Energy and Water Exchanges), AERIS distribue les produits de caractérisation des nuages obtenus à partir des données IASI.
L’ensemble de ces produits sont en accès libre depuis le portail AERIS/IASI.

Produits disponibles en accès libre à AERIS

  • Profil vertical (niveau 2) et colonne intégrée de CO (niveau 2 et niveau 3)
  • Colonne intégrée de HCOOH (niveau 2 et niveau 3)
  • Colonne intégrée de NH3 (niveau 2 et niveau 3) – temps quasi réel et réanalyse
  • Profil vertical (niveau 2) et colonne intégrée de O3 (niveau 2 et niveau 3)
  • Colonne intégrée de SO2 et altitude des panaches (niveau 2)
  • Colonne de CH4 dans la troposphère moyenne (niveau 2)
  • Colonne de CO2 dans la troposphère moyenne (niveau 2)
  • Epaisseur optique et altitude moyenne des aérosols (niveau 2)
  • Température, pression, classification, émissivité et altitude des nuages (niveau 2)
  • IASI + GOME2 : Profil vertical de O3 (niveau 2)

Les produits de niveau 3 sont des synthèses mensuelles projetées sur une grille de 1°x1°.

Galerie

Contacts

Point de contact

Cathy Boonne (Institut Pierre Simon Laplace)

cathy.boonne@ipsl.jussieu.fr Responsable CDS ESPRI

Cathy Clerbaux (Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales)

Cathy.Clerbaux@latmos.ipsl.fr Coordinateur scientifique

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Typologie de projet :Données spatiales

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