L'instrument GEMS: pionnier dans la surveillance géostationnaire de la qualité de l'air

Variation diurne des différents polluants à l'échelle d'une ville

Les gaz atmosphériques réactifs sont caractérisés par des durées de vie courtes et des sources d'émission locales et ils présentent donc une grande variabilité dans l'espace et dans le temps. Les processus photochimiques conduisent à des cycles diurnes de leurs concentrations, qui se superposent aux variabilités saisonnières et interannuelles.

Une constellation internationale des satellites polaires (LEO) effectue quotidiennement des mesures globales, tandis que les satellites géostationnaires (GEO) effectuent des mesures régionales toutes les heures. GEMS (Geostationary Environment Monitoring Spectrometer) à bord du satellite GEO-KOMPSAT-2B, est le premier instrument géostationnaire de la constellation en opération.

Depuis son lancement en février 2020, GEMS contribue à la surveillance de divers gaz en traces et aérosols en Asie de l'Est. Les hautes résolutions spatiales et temporelles (jusqu'à 8 fois par jour à une résolution au nadir de 3,5 × 8 km²) permettent d'étudier la variation diurne des différents polluants à l'échelle d'une ville, ce qui n'est pas possible avec des instruments sur les plateformes polaires.

Validation des produits GEMS opérationnels

Cependant, la récupération de données satellitaires dépend essentiellement des performances et de la calibration des instruments, ainsi que de plusieurs hypothèses a priori (ou choix des algorithmes de récupération) sur la distribution verticale des polluants, les interférences avec les nuages et les aérosols, la température atmosphérique et les propriétés de surface. Une validation géophysique indépendante des concentrations des gaz en traces mesurées, incluant la caractérisation de leurs incertitudes, est donc une condition préalable à l'utilisation correcte des données satellitaires. La validation fournit également un retour d’expérience utile pour l'amélioration des algorithmes utilisés.

L’IASB participe à la validation des produits GEMS opérationnels et accompagne les équipes coréennes dans le développement de leurs algorithmes de détection pour les gaz tels que le NO₂, le HCHO, le CHOCHO, le SO₂ et l’O₃.

GEMS est précurseur pour la prochaine mission américaine TEMPO (qui sera lancée en 2023) et la mission européenne Sentinel-4 qui devrait suivre en 2024. Dans cette future constellation géostationnaire, le rôle de la validation est essentiel pour assurer l'interopérabilité avec les autres instruments et la cohérence des données mesurées aux différents endroits dans le monde.

L’IASB suit les pratiques de validation développées et appliquées dans la validation opérationnelle des gaz en traces de Sentinel-5 Precursor TROPOMI (au sein du Mission Performance Cluster de l'ESA) et de Metop GOME-2 (au sein de l'Atmospheric Composition Satellite Application Facility). Celles-ci sont basées sur l'analyse des données de diagnostic et sur des comparaisons avec des mesures corrélatives obtenues avec des instruments de référence tels que MAX-DOAS, Zénith-Scattered-Light (ZSL) DOAS, Pandora, spectromètres infrarouges à transformée de Fourier (FTIR), Brewer, Dobson, sondes d'ozone et par comparaison avec les instruments LEO.

Références

• Data GEMS L2 images (Environmental Satellite Center Korea)
• Won Jun Choi et al., "Introducing the geostationary environment monitoring spectrometer," J. Appl. Rem. Sens. 12(4) 044005 (27 December 2018) https://doi.org/10.1117/1.JRS.12.044005