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

SLIDE 1

H e l s i n k i – A l b e d

w
r

k s h

p

A

u

t 2 1 6

C

n

t i n u

u

s s p e c t r a l a l b e d

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

s

t

p

r

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

i

s

1

, M . D u m

n

t

2

1

U G A / C N R S , L a b

r

a t

i

r e d e G l a c i

l
g

i e e t G é

p

h y s i q u e d e l ' E n v i r

n

n e m e n t ( L G G E ) U M R 5 1 8 3 , G r e n

b

l e , F

3

8 4 1 , F r a n c e

2

M é t é

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

b

l e , F r a n c e

SLIDE 2

M i c r

w

a v e s a t e l l i t e

b

s e r v a t i

n

s

f

t h e « g r a i n i n d e x » a t D

m

e C r e v e a l e d ( P i c a r d e t a l . 2 1 2 ) :

a

s e a s

n

a l c y c l e

f

g r a i n s i z e

c
r

r e l a t i

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 p r e c i p i t a t i

n

C

n

t e x t

Dôme C

SLIDE 3

C

n

t e x t

O u r h y p

t

h e s i s / c

n

v i c t i

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

s

i t i v e s n

w
a

l b e d

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

l

v i n g p r e c i p i t a t i

n

O u r g

a

l : m e a s u r e i n

s

i t u a l b e d

a

n d d e d u c e g r a i n s i z e → d e v e l

p

e d a s p e c t r a l a l b e d

m

e t e r f

r

D

m

e C .

Warmer & Larger gradient Faster grain growth Lower albedo Higher albedo More absorption

f energy

under the surface More precipitation Advection of fine grains Negative feedback Positive feedback

SLIDE 4

O u t l i n e 1

d

e s c r i p t i

n
f

t h e i n s t r u m e n t 2

d

e s c r i p t i

n
f

t h e d a t a p r

c

e s s i n g 3

c
n

c l u s i

n

SLIDE 5

T h e i n s t r u m e n t “ A u t

s
l

e x s ”

T h e m i n i m u m i s a b

v

e

g

r

u

n d : n

e

l e c t r

n

i c s , n

s

p e c t r

m

e t e r O n l y t h e l i g h t c

l

l e c t

r

s a n d fj b e r

p

t i c s

SLIDE 6

T h e i n s t r u m e n t “ A u t

s
l

e x s ”

U n d e r

g

r

u

n d : a b

x

SLIDE 7

T h e i n s t r u m e n t “ A u t

s
l

e x s ”

A n

t

h e r b

x

i n t h e

u

t e r b

x

:

Spectro 300 - 1100nm Spectro 700 - 900nm 16 – channel optical multiplexer Embedded PC

data data

Internal black Y-splitter Thermalized enclosure +10°C

alb1 alb2

SLIDE 8

T h e i n s t r u m e n t “ A u t

s
l

e x s ”

1

H
m

e

m

a d e l i g h t c

l

l e c t

r

: t h e m

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

n

, g

d

r a d i

m

e t r i c p e r f

r

m a n c e , v e r y r

b

u s t . C h

i

c e b e t w e e n U V / V i s

r

V i s / N I R . 3

L

e

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

1

c h a n n e l

16 – channel optical multiplexer Internal black

alb1 alb2 ….

P r

s

:

n

e s p e c t r

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

r

a ~ c

n

s t a n t c

s

t . C

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 r e p r

d

u c i b i l i t y e r r

r

( ~ 1 % ) , l i g h t a t t e n u a t i

n

SLIDE 9

T h e i n s t r u m e n t “ A u t

s
l

e x s ”

4

O

c e a n O p t i c s s p e c t r

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

1

1 n m a n d 7

9

n m ) P r

s

: n

m

e c h a n i c a l p a r t s ( C C D s e n s

r

+ e l e c t r

n

i c s ) , r

b

u s t , c h e a p ,

p

e n s

u

r c e l i b r a r y C

n

s : h i g h d a r k c u r r e n t a n d l

w

s i g n a l / r a t i

,

s e n s i t i v i t y t

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

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

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

m

e t e r r a n g e . I t i s m

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

1

5 n m i n t h e n e a r

i

n f r a r e d .

SLIDE 10

T h e i n s t r u m e n t “ A u t

s
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

° C M a n a g e t h e

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

m

e t e r s . P e r f

r

m a s e q u e n c e

f

a c q u i s i t i

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

b

u s t n e s s :

p

e r a t i n g s i n c e D e c e m b e r 2 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

SLIDE 11

D a t a p r

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

r

r e c t i

n
C

a l i b r a t i

n
A

n g u l a r r e s p

n

s e c

r

r e c t i

n
f

t h e l i g h t c

l

l e c t

r
E

s t i m a t i

n
f

S S A

F

i l t e r i n g a l b e d

s

p e c t r a b a s e d

n

t h e s

l

a r z e n i t h a n g l e , c l

u

d i n e s s a n d q u a l i t y

f

t h e fj t i n t h e v i s i b l e

SLIDE 12

D a t a p r

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

r

r e c t i

n

2

s

t e p c

r

r e c t i

n

:

u

s e “ d a r k ” p i x e l s ( a r

u

n d 2 n m )

u

s e a “ d a r k ” s p e c t r u m t a k e n

n

a n u n c

n

n e c t e d /

b

s t r u c t e d c h a n n e l

Light Count Dark current

SLIDE 13

D a t a p r

c

e s s i n g

C

a l i b r a t i

n

i n 2 s t e p s 1 – c r

s

s c a l i b r a t i

n

b e t w e e n t h e u p l

k

i n g a n d d

w

n l

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

r

e t h e i n s t a l l a t i

n

: 2 – a b s

l

u t e c a l i b r a t i

n

U D D U U D SVC spectrometer supposed to be calibrated

SLIDE 14

D a t a p r

c

e s s i n g

A

n g u l a r r e s p

n

s e c

r

r e c t i

n
f

t h e l i g h t c

l

l e c t

r

T h i s i s t h e m

s

t c r i t i c a l s t e p f

r

t h e e s t i m a t i

n
f

t h e S S A ( P i c a r d e t a l . 2 1 6 ) b e c a u s e t h e q u a l i t y

f

t h e d i fg u s e r i s w a v e l e n g t h d e p e n d e n t . T h i s i n t r

d

u c e s a s p u r i

u

s w a v e l e n g t h d e p e n d e n c e

n

t h e a l b e d

s

p e c t r u m . F i r s t , w e b u i l t

u

r

w

n c

l

l e c t

r

s b y t r y

e

r r

r

a n i m p r

v

e d r e s p

n

s e c

m

p a r e d → t

t

h e r s i n t h e l i t e r a t u r e . D e p a r t u r e f r

m

c

s

i n e i s < 6 % u p t

7

5 ° .

SLIDE 15

D a t a p r

c

e s s i n g

S e c

n

d , w e b u i l t a s e t u p t

i

n

u

r d a r k l a b

r

a t

r

y t

a

u t

m

a t i c a l l y r e c

r

d t h e a c t u a l r e s p

n

s e f

r

e a c h c

l

l e c t

r

a n d u s e t h i s r e s p

n

s e t

a

p p l y a c

r

r e c t i

n

f

l

l

w

i n g G r e n f e l l 1 9 9 4 , C a r m a g n

l

a 2 1 3

SLIDE 16

D a t a p r

c

e s s i n g

E

s t i m a t i

n
f

S S A u s i n g a n a l y t i c a l c l

s

e d

f
r

m p r

p
s

e d b y K

k

h a n

s

k y a n d Z e g e 2 4 ( A s y m p t

t

i c R a d i a t i v e T r a n s f e r ) D i r e c t / d i fg u s e r a t i

i

s t a k e n f r

m

g e n e r i c s i m u l a t i

n

w i t h S B

D

A R T b a s e d

n

t h e s

l

a r z e n i t h a n g l e .

Diffus albedo Direct albedo Total

SLIDE 17

D a t a p r

c

e s s i n g

J

i

n t e s t i m a t i

n
f

S S A a n d A a s c a l i n g f a c t

r

( A i s i n d e p e n d e n t

f

t h e w a v e l e n g t h b u t i s i n d e p e n d e n t f

r

e a c h s p e c t r u m ) .

SLIDE 18

D a t a p r

c

e s s i n g

F

i l t e r i n g

f

t h e a l b e d

s

p e c t r a b a s e d 1 )

n

t h e s

l

a r z e n i t h a n g l e , 2 ) c l

u

d i n e s s a n d 3 ) q u a l i t y

f

t h e fj t i n t h e v i s i b l e . U s e t h e d i fg e r e n c e b e t w e e n t h e fj t t e d a n d

b

s e r v e d s p e c t r a ( P i c a r d e t a l . 2 1 6 )

SLIDE 19

C

n

c l u s i

n

N e a r l y 4 s e a s

n

s ! A l b e d

a

n d S S A d a t a a v a i l a b l e a s d

i

: 1 . 1 5 9 4 / P A N G A E A . 8 6 9 4 5 C

n

fj r m t h e g r a i n g r

w

t h i n s u m m e r . We a k i n t e r

a

n n u a l v a r i a t i

n

s c

m

p a r e d t

t

h e s a t e l l i t e

b

s e r v a t i

n

s

SLIDE 20

C

n

c l u s i

n

G

d

a g r e e m e n t w i t h C r

c

u s s n

w

m

d

e l p r e d i c t i

n

s . L i b

i

s e t a l . 2 1 5 .

SLIDE 21

I n a d d i t i

n

t

A

u t

s
l

e x s @D

m

e C : 1 A u t

s
l

e x s w i t h 1 6 c h a n n e l s a t C

l

d e P

r

t e i n 2 1 2

1

3 a n d 2 1 3

1

4 → M a r i e D u m

n

t ' s p r e s e n t a t i

n

l a t e r 1 A u t

s
l

e x s w i t h 4 c h a n n e l s t

b

e d e p l

y

e d a t C

l

d u L a u t a r e t i n 2 1 6

1

7 M a n u a l v e r s i

n

u s i n g t h e s a m e c

l

l e c t

r

, fj b e r a n d s p e c t r

m

e t e r : S

l

a l b S a m e p r

c

e s s i n g l i b r a r y → S e e P

s

t e r M . B e l k e B r é

C

n

c l u s i

n