POLDER/PARASOL

L’instrument POLDER (POLarization and Directionality of the Earth’s Reflectances) est un radiomètre imageur à large champ qui analyse l’intensité et la direction de la lumière réfléchie par la Terre et l’atmosphère, ainsi que sa polarisation, une caractéristique physique décrivant la façon dont les ondes se propagent. Il permet ainsi d’étudier les propriétés des nuages et des aérosols et d’en savoir plus sur la façon dont ils affectent le climat.

Conçu et développé par le CNES, en collaboration étroite avec le Laboratoire d’Optique Atmosphérique de Lille, l’instrument POLDER a pour but principal d’analyser les propriétés des nuages et des aérosols mais il apporte également des informations précieuses sur la directionnalité des réflectances terrestres et sur la couleur des océans. Il s’agit du premier instrument spatial fournissant de manière globale et systématique des mesures spectrales, directionnelles et de polarisation du rayonnement réfléchi par la Terre et par atmosphère.

Trois générations d’instruments se sont succédées. POLDER 1 et POLDER 2 ont respectivement embarqué à bord des satellites japonais ADEOS et ADEOS 2, le 17 août 1996 et le 14 décembre 2002. Malheureusement, les deux satellites ont tous deux connu de graves problèmes techniques qui ont mis précocement fin à leur exploitation (respectivement après 10 mois et 9 mois en orbite). En revanche, le lancement de POLDER 3, qui a été lancé le 18 décembre 2004 à bord du microsatellite français PARASOL, a permis aux scientifiques d’exploiter pleinement toutes les potentialités de l’instrument. En effet, la mission PARASOL a duré jusqu’à fin 2013, soit cinq ans de plus que la durée de vie initialement programmée.

L’Instrument

L’instrument POLDER consiste schématiquement en une caméra numérique composée d’une matrice de détection CCD de 284×364 pixels, d’une optique télécentrique à grand champ de vue (± 51° dans la grande direction), et d’une roue porte-filtres actionnée par un moteur.

Les filtres sont au nombre de 15 (plus une mesure de courant d’obscurité), et couvrent un domaine spectral s’étendant de 443 à 1020 nm. Pour certaines longueurs d’onde, 3 filtres mesurent la polarisation linéaire de la lumière incidente dans trois directions séparées de 120°, permettant ainsi de restituer les paramètres de Stokes et la luminance totale du rayonnement. Par ailleurs, l’acquisition d’une séquence d’images toutes les 20 secondes permet d’observer une même cible au sol suivant plusieurs directions (12 pour POLDER1 et 2, jusqu’à 16 pour POLDER 3).

Principales caractéristiques de l’instrument :

• Masse totale                environ 30 kg
• Volume                          0,8 x 0,5 x 0,3 m3
• Champ de vue              ± 43° x ± 51°
• Fauchée                       2200 km (POLDER1 & 2) – 1600 km (POLDER 3)
• Résolution                     environ 6 km
• Codage                          12 bits
• Puissance moyenne   environ 30 W
• Débit de télémesure    880 bits/s

Les instruments POLDER 1 et POLDER 2 sont strictement identiques. Sur PARASOL, l’orientation de la matrice de l’objectif télécentrique de POLDER 3 a été modifiée. Elle a été tournée de 90 degrés réduisant la fauchée mais augmentant le nombre d’acquisitions d’un même point au sol afin de privilégier non plus une couverture mondiale quotidienne mais plutôt le caractère multidirectionnel des prises de vue. De même, quelques modifications de bandes spectrales ont été réalisées pour mieux s’harmoniser avec d’autres instruments de l’A-Train dans lequel le satellite PARASOL a été placé.

Bandes Spectrales

Les produits

AERIS permet l’accès à des produits de Niveaux 1, 2 et 3. Les produits de Niveau 1 et Niveau 2 correspondent aux orbites de passages journalières alors que les produits de Niveau 3 sont des synthèses mensuelles à l’échelle globale (moyennes et statistiques).

L’ensemble des données de POLDER 1 et 2 ont été retraitées avec les algorithmes améliorés mis au point pour PARASOL.

Seuls les produits « Atmosphère » (Aérosols et Bilan Radiatif / Nuages) sont accessibles via le portail AERIS. Les produits « Surfaces Continentales » sont accessibles au CNES et les produits « Couleur de l’Océan » ont été abandonnés.

Produits disponibles à AERIS

• Niveau 1 – Luminances normalisées au sommet de l’atmosphère
• Niveau 2 aérosols océan – Produit journalier de caractéristiques des aérosols au-dessus des océans
• Niveau 2 aérosols terre – Produit journalier de caractéristiques des aérosols au-dessus des surfaces continentales
• Niveau 2 bilan radiatif et nuages– Produit journalier de bilan radiatif et de caractéristiques des nuages
• Niveau 3 aérosols océan – Synthèse mensuelle de caractéristiques des aérosols au-dessus des océans
• Niveau 3 aérosols terre – Synthèse mensuelle de caractéristiques des aérosols au-dessus des surfaces continentales
• Niveau 3 bilan radiatif et nuages– Synthèse mensuelle de bilan radiatif et de caractéristiques des nuages

Les produits journaliers et les synthèses mensuelles sont à une résolution de 20 km (avec une détection nuageuse réalisée à la pleine résolution de 6 km et pour chaque direction de visée).

Les paramètres fournis dans les produits « Aérosols sur océan » sont :

• l’épaisseur optique totale et l’épaisseur optique des petites particules
• l’indice de non sphéricité
• le coefficient d’angström
• le rayon effectif et l’indice de réfraction des petites particules
• l’indice de réfraction des grosses particules

Les paramètres fournis dans les produits « Aérosols sur surfaces continentales » sont :

• l’épaisseur optique des petites particules
• le coefficient d’angström pour les petites particules

Les paramètres fournis dans les produits « bilan radiatif et nuages » sont :

• le taux de couverture nuageuse
• la phase des nuages
• l’épaisseur optique des nuages

• l’albédo spectral
• l’albédo courte longueur d’onde
• 2 pressions des nuages : à partir de l’absorption de l’oxygène et à partir de la diffusion Rayleigh
• Le contenu intégré en vapeur d’eau