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Aerosols complex refractive indices determination from FIR to UV: application to dust and residual ashes of biomass burning.
M. Chehab (1,2), H. Herbin (1), S. Gosselin (2), V. Bizet (2), D. Petitprez (2)
1. Univ. Lille, CNRS, UMR 8518 - LOA - Laboratoire d’Optique Atmosphérique, Lille, France
2. Univ. Lille, CNRS, UMR 8522 - PC2A - Physicochimie des Processus de Combustion et de l’Atmosphère, Lille, France
[2024]
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Résumé
Connaître les propriétés optiques des aérosols et en particulier leur indice complexe de réfraction (ICR), est très important pour mieux quantifier leur impact sur le réchauffement climatique global mais aussi pour leur observation et leur mesure par télédétection. Cependant, les ICR de la littérature sont principalement issus de mesures couvrant des domaines spectraux restreints par réflectance sur des matériaux massifs ou des particules mises sous forme de pastille. Nous présentons ici une méthodologie permettant de déterminer des ICR pour des particules remises en suspension sous forme d'aérosols. Leurs spectres d'extinction sont enregistrés sur une large gamme spectrale continue, de l'infrarouge lointain (50 µm /200 cm-1) jusqu'à l'ultraviolet (0.25 µm /40,000 cm-1) avec une résolution spectrale de 0.5 cm-1 Grâce à un processus itératif, le spectre d'extinction expérimental est inversé pour restituer les parties réelle et imaginaire des ICR sur l'ensemble du spectre. Pour cela une méthode d'estimation optimale est utilisée pour restituer un jeu d'indices permettant de simuler un spectre d'extinction proche du spectre expérimental en s'appuyant sur une théorie de diffusion et la distribution granulométrique des particules. Nous présenterons les résultats obtenus pour des particules de kaolinite, une argile que l'on retrouve couramment dans la composition des poussières désertiques. Enfin, des travaux récemment initiés ont permis d'appliquer cette méthodologie à l'étude de cendres résiduelles de feux de biomasse. Ces données optiques de laboratoire sont importantes pour l'interprétation des observations des aérosols par télédétection notamment dans le domaine infrarouge qui est particulièrement adapté à la restitution des propriétés chimiques et microphysiques de ces aérosols.
Mots clés
Aérosols, Indice complexe de réfraction, Poussière minérale, Cendres de feux de biomasse
Abstract
Knowledge of the aerosols optical properties, in particular the complex refractive indices (CRI), is crucial to better quantify their impact on the atmospheric radiative transfer. However, the CRI databases available in the literature provide mainly reflectance measurements on bulk materials or pressed pellets and span over limited wavelength ranges. We present an improved retrieval methodology combining an experimental setup that allows simultaneously the measurement of high spectral-resolution extinction spectra (up to 0.5 cm-1) and the recording of the size distribution of both fine (down to 10 nm) and coarse (up to 20 µm) particles. Introducing these experimental measurements in a numerical iterative process, the real and imaginary parts of the CRI are retrieved using an optimal estimation method (OEM) associated to scattering theories and the single subtractive Kramers-Kronig (SSKK) relation. Using this methodology, we were able to accurately determine for the first time CRI of kaolinite over a wide spectral range from far infrared (FIR) (50 µm /200 cm-1) up to UV (0.25 µm /40,000 cm-1). This methodology is also being utilized on biomass burning aerosols (BBA) where some preliminary results have already been recovered.
Keywords
Aerosols, Complex refractive indices, Mineral dust, Biomass burning aerosols
DOI
10.25576/ASFERA-CFA2024-38900