C o n t i n u o u s s p e c t r a l a l b e d - PowerPoint PPT Presentation

C o n t i n u o u s s p e c t r a l a l b e d o m e a s u r e m e n t s i n A n t a r c t i c a a n d i n t h e A l p s : i n s t r u m e n t d e s i g n , d a t a p o s t - p r o c e s s i n g a n d a c c u r a c y G . P i c a r d 1 , L . A r n a u d 1 , Q . L i b o i s 1 , M . D u m o n t 2 1 U G A / C N R S , L a b o r a t o i r e d e G l a c i o l o g i e e t G é o p h y s i q u e d e l ' E n v i r o n n e m e n t ( L G G E ) U M R 5 1 8 3 , G r e n o b l e , F - 3 8 0 4 1 , F r a n c e 2 M é t é o - F r a n c e – C N R S , C N R M – G A M E U M R 3 5 8 9 , C e n t r e d ' E t u d e s d e l a N e i g e , G r e n o b l e , F r a n c e H e l s i n k i – A l b e d o w o r k s h o p A o u t 2 0 1 6

C o n t e x t M i c r o w a v e s a t e l l i t e o b s e r v a t i o n s o f t h e « g r a i n i n d e x » a t D o m e C r e v e a l e d ( P i c a r d e t a l . 2 0 1 2 ) : - a s e a s o n a l c y c l e o f g r a i n s i z e - c o r r e l a t i o n b e t w e e n t h e i n t e r - a n n u a l v a r i a b i l i t y a n d Dôme C p r e c i p i t a t i o n

C o n t e x t O u r h y p o t h e s i s / c o n v i c t i o n : T h i s c y c l e i s l a r g e l y d r i v e n t h e p o s i t i v e s n o w - a l b e d o - g r a i n s i z e f e e d b a c k + n e g a t i v e f e e d b a c k i n v o l v i n g p r e c i p i t a t i o n Warmer & Larger gradient More absorption Faster More precipitation of energy grain growth under the surface Positive Lower albedo feedback Negative Higher albedo Advection of fine feedback grains O u r g o a l : m e a s u r e i n - s i t u a l b e d o a n d d e d u c e g r a i n s i z e → d e v e l o p e d a s p e c t r a l a l b e d o m e t e r f o r D o m e C .

O u t l i n e 1 - d e s c r i p t i o n o f t h e i n s t r u m e n t 2 - d e s c r i p t i o n o f t h e d a t a p r o c e s s i n g 3 - c o n c l u s i o n

T h e i n s t r u m e n t “ A u t o s o l e x s ” T h e m i n i m u m i s a b o v e - g r o u n d : n o e l e c t r o n i c s , n o s p e c t r o m e t e r O n l y t h e l i g h t c o l l e c t o r s a n d fj b e r o p t i c s

T h e i n s t r u m e n t “ A u t o s o l e x s ” U n d e r - g r o u n d : a b o x

T h e i n s t r u m e n t “ A u t o s o l e x s ” A n o t h e r b o x i n t h e o u t e r b o x : alb1 alb2 16 – channel optical multiplexer Internal black Y-splitter Spectro Spectro 300 - 1100nm 700 - 900nm data data Embedded PC Thermalized enclosure +10°C

T h e i n s t r u m e n t “ A u t o s o l e x s ” 1 - H o m e - m a d e l i g h t c o l l e c t o r : t h e m o s t c r i t i c a l p a r t . S e e l a t e r 2 - O c e a n O p t i c s fj b e r s : 4 - 6 m . N e g l i g i b l e a t t e n u a t i o n , g o o d r a d i o m e t r i c p e r f o r m a n c e , v e r y r o b u s t . C h o i c e b e t w e e n U V / V i s o r V i s / N I R . 3 - L e o n i O p t i c a l M u l t i p l e x e r 1 6 c h a n n e l s t o 1 c h a n n e l alb1 alb2 …. Internal black P r o s : o n e s p e c t r o m e t e r m e a s u r e s a l l t h e c h a n n e l s , m a n y c h a n n e l s f o r a ~ c o n s t a n t c o s t . 16 – channel optical C o n s : d e l a y b e t w e e n d i fg e r e n t c h a n n e l s . S w i t c h i n g multiplexer r e p r o d u c i b i l i t y e r r o r ( ~ 1 % ) , l i g h t a t t e n u a t i o n

T h e i n s t r u m e n t “ A u t o s o l e x s ” 4 - O c e a n O p t i c s s p e c t r o m e t e r s : M a y a P R O w i t h d i fg e r e n t g r a t i n g s ( 3 0 0 - 1 1 0 0 n m a n d 7 0 0 - 9 0 0 n m ) P r o s : n o m e c h a n i c a l p a r t s ( C C D s e n s o r + e l e c t r o n i c s ) , r o b u s t , c h e a p , o p e n s o u r c e l i b r a r y C o n s : h i g h d a r k c u r r e n t a n d l o w s i g n a l / r a t i o , s e n s i t i v i t y t o t h e t e m p e r a t u r e , s t r a i g h t l i g h t , … L e a r n i n g c u r v e t o a c h i e v e a c c u r a t e m e a s u r e m e n t s . M a y a P R O i s i n t h e h i g h - e n d o f t h e O c e a n O p t i c s v i s i b l e s p e c t r o m e t e r r a n g e . I t i s m o r e s e n s i t i v e a n d t h e s e n s i t i v i t y e x t e n d s u p t o 1 0 5 0 n m i n t h e n e a r - i n f r a r e d .

T h e i n s t r u m e n t “ A u t o s o l e x s ” 5 - I n d u s t r i a l e m b e d d e d P C , w i d e r a n g e t e m p e r a t u r e - 4 0 ° C M a n a g e t h e o p t i c a l m u l t i p l e x e r a n d t h e s p e c t r o m e t e r s . P e r f o r m a s e q u e n c e o f a c q u i s i t i o n s e v e r y 1 2 m i n : i n c i d e n t h e a d 1 , r e fm e c t e d h e a d 1 , i n c i d e n t h e a d 2 , r e fm e c t e d h e a d 2 , d a r k c u r r e n t , … , t a k e a p i c t u r e w i t h t h e w e b c a m . R o b u s t n e s s : o p e r a t i n g s i n c e D e c e m b e r 2 0 1 2 d a y / n i g h t s u m m e r / w i n t e r . Number of acquisitions per day (received at LGGE) Total : 104929 acquisitions , 2.4M spectra

D a t a p r o c e s s i n g ● D a r k c u r r e n t & s t r a i g h t l i g h t c o r r e c t i o n ● C a l i b r a t i o n ● A n g u l a r r e s p o n s e c o r r e c t i o n o f t h e l i g h t c o l l e c t o r ● E s t i m a t i o n o f S S A ● F i l t e r i n g a l b e d o s p e c t r a b a s e d o n t h e s o l a r z e n i t h a n g l e , c l o u d i n e s s a n d q u a l i t y o f t h e fj t i n t h e v i s i b l e

D a t a p r o c e s s i n g ● D a r k c u r r e n t & s t r a i g h t l i g h t c o r r e c t i o n Count Dark current Light 2 - s t e p c o r r e c t i o n : - u s e “ d a r k ” p i x e l s ( a r o u n d 2 0 0 n m ) - u s e a “ d a r k ” s p e c t r u m t a k e n o n a n u n c o n n e c t e d / o b s t r u c t e d c h a n n e l

D a t a p r o c e s s i n g ● C a l i b r a t i o n i n 2 s t e p s 1 – c r o s s c a l i b r a t i o n b e t w e e n t h e u p l o o k i n g a n d d o w n l o o k i n g c h a n n e l s R e v e r s e e x p e r i m e n t b e f o r e t h e i n s t a l l a t i o n : D U U D 2 – a b s o l u t e c a l i b r a t i o n U SVC spectrometer D supposed to be calibrated