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The role of the size and optical index of desert aerosol in its ability to backscatter light: laboratory experiment at 180.0°.
A. Miffre, D. Cholleton, P. Rairoux
Université de Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS, Institut Lumière Matière, Villeurbanne, France
[2024]
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Résumé
L'aérosol minéral d'origine désertique est encore aujourd'hui l'un des aérosols dont la contribution au climat et donc le bilan radiatif reste à quantifier. Cette complexité est à relier à la complexité de l'aérosol désertique, non-sphérique, et présentant une distribution de taille et d'indice optique, le rendant particulièrement difficile à étudier. Cette contribution vise à quantifier le rôle de la taille et de l'indice optique, notamment sa partie imaginaire, de cet aérosol sur son aptitude à rétrodiffuser la lumière. Pour ce faire, une expérience de laboratoire unique en son genre (Miffre et al., 2016, 2023) a été réalisée en laboratoire permettant de quantifier le rapport lidar de rétrodiffusion d'une distribution de taille déterminée de cet aérosol, qui est essentiel pour notre compréhension de la typologie des aérosols et donc notre compréhension du climat. Quatre études de cas sont réalisées, portant sur la silice, non absorbante, l'hématite, absorbante, et deux mélanges de proportion diverse de ces deux oxydes. Le résultat majeur est que le PDR de l'hématite est sensiblement différent de la valeur attendue de 33 %, bien connue des lidaristes pour l'aérosol désertique. Une discussion est proposée sur le rôle de l'hématite dans le PDR de l'aérosol désertique, comme récemment publié (Miffre et al., 2023). La dépendance du rapport de dépolarisation des particules (PDR) d'aérosol désertique avec la taille et l'indice optique est ici pour la première fois quantifiée dans la géométrie de rétrodiffusion lidar, si importante pour notre compréhension du climat.
Mots clés
aérosol minéral, polarimètre, rétrodiffusion optique
Abstract
Mineral dust aerosol is still one of the aerosols whose radiation balance has yet to be quantified in order to determine their contribution to climate. The complexity of this task is linked to the complexity of this aerosol, which is non-spherical and has a size and optical index distribution that makes it particularly difficult to study. This contribution aims to quantify the role of size and optical index, particularly its imaginary part, on the ability of desert aerosol to backscatter light. To this end, a unique laboratory experiment (Miffre et al., 2016, 2023) was carried out to quantify light backscattering of a given size distribution of this aerosol, which is essential for our understanding of aerosol typology and hence our understanding of climate. Four case studies were carried out, involving silica, which is non-absorbent, hematite, which is absorbent, and two mixtures of varying proportions of these two oxides. The main result is that the PDR of hematite is significantly different from the expected value of 33%, which is well known to lidarists for desert aerosol. A discussion is then proposed on the role of hematite in the PDR of desert aerosol, as recently published (Miffre et al., 2023). The dependence of the particle depolarisation ratio (PDR) of desert aerosol on size and optical index is quantified here for the first time in lidar backscatter geometry, which is so important for our understanding of climate.
Keywords
mineral dust, scattering matrix, light backscattering
DOI
10.25576/ASFERA-CFA2024-38911