S n o w s p e c i fj c s u r f a c e a r e a r - PowerPoint PPT Presentation

S n o w s p e c i fj c s u r f a c e a r e a r e t r i e v a l f r o m r e fm e c t a n c e m e a s u r e m e n t s : t h e q u e s t i o n o f s n o w g r a i n s h a p e 1 1 2 1 Q . L i b o i s , G . P i c a r d , M . D u m o n t , L . A r n a u d S e e P o s t e r f o r m o r e d e t a i l s 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 A s i m p l e n a i v e q u e s t i o n : S n o w a l b e d o d e p e n d s o n g r a i n s i z e ( i n t h e n e a r i n f r a r e d ) b u t d o e s i t a l s o d e p e n d o n g r a i n s h a p e ? I n o t h e r t e r m s : w h a t i s t h e u n c e r t a i n t y d u e t o n o t k n o w i n g t h e g r a i n s h a p e w h e n e s t i m a t i n g g r a i n s i z e f r o m a l b e d o m e a s u r e m e n t ?

C o n t e x t I t i s n a i v e b e c a u s e a m e t r i c s f o r “ g r a i n s i z e ” h a s t o b e c h o s e n b e f o r e a d d r e s s i n g t h e q u e s t i o n o f t h e s e n s i t i v i t y t o t h e s h a p e . N u m e r o u s e l e c t r o m a g n e t i c o r r a y t r a c i n g c a l c u l a t i o n s o n i n v i d u a l c r y s t a l s h a v e s h o w n t h a t t h e r a t i o o f t h e c r y s t a l s i s t h e « b e s t » S u r f a c e / V o l u m e ? p r e d i c t o r f o r t h e a l b e d o , a t l e a s t f o r c o n v e x c r y s t a l s T r i l o g y b y G r e n f e l l e t a l . ( 1 9 9 9 , 2 0 0 3 , 2 0 0 5 ) o n i c e c r y s t a l s : “ R e p r e s e n t a t i o n o f a n o n s p h e r i c a l i c e p a r t i c l e b y a c o l l e c t i o n o f i n d e p e n d e n t s p h e r e s f o r s c a t t e r i n g a n d a b s o r p t i o n o f r a d i a t i o n ” Wa r n i n g : “ b e s t ” d o e s n o t m e a n t h a t S / V i s a “ p e r f e c t ” p r e d i c t o r . E v e n w i t h t h e s a m e S / V , t w o c r y s t a l s w i t h d i fg e r e n t s h a p e s h a v e d i fg e r e n t a l b e d o .

C o n t e x t S o h a s b e e n i n t r o d u c e d t h e m i s l e a d i n g : « t h e o p t i c a l r a d i u s i s t h e o p t i c a l r a d i u s r a d i u s o f t h e c o l l e c t i o n o f i d e n t i c a l s p h e r e s t h a t h a v e t h e s a m e S / V r a t i o a s t h a t o f s n o w » . Wh y s p h e r e s ? Wh y n o t t o k e e p S / V w h i c h i s d e fj n e d f o r a n y b i - p h a s i c m e d i u m , w h a t e v e r i t i s m a d e o f g r a i n s o r n o t ? F l o r e n t D o m i n é a n d M a r t i n S c h n e e b e l i h a v e r e - i n t r o d u c e d a n d m a d e p o p u l a r t h e n o t i o n o f “ s p e c i fj c s u r f a c e a r e a ” ( S S A ) . S S A = S u r f a c e / m a s s S S A = S u r f a c e / ( V o l u m e * r h o _ i c e )

T h e o r e t i c a l r e s u l t s I n t h e R T t h e o r y , t h e g r a i n s i z e a n d s h a p e i n fm u e n c e t h e s c a t t e r i n g a n d a b s o r p t i o n c o e ffj c i e n t s a n d t h e p h a s e f u n c t i o n . → A S n o w i s a w e a k l y a b s o r b i n g m e d i u m i n t h e v i s i b l e / n e a r - i n f r a r e d s y m p t o t i c R a d i a t i v e T r a n s f e r T h e o r y ( A R T T ) b y K o k h o n a v s k y e t a l . : 7 ( 1 + 2cos θ) √ α(λ)= exp ( − 12 1 − g ) 2 1 B 3 γ(λ) ρ ice SSA Angle Ice absorption → wavelength dependence Grain size Grain shape G r a i n s h a p e f a c t o r i s a m u l p l i y i n g f a c t o r o f g r a i n s i z e

T h e o r e t i c a l r e s u l t s D e t e r m i n i n g s n o w s p e c i fj c s u r f a c e a r e a f r o m n e a r - i n f r a r e d r e fm e c t a n c e m e a s u r e m e n t s : N u m e r i c a l s t u d y o f t h e i n fm u e n c e o f g r a i n s h a p e ( P i c a r d e t a l . 2 0 0 9 ) R a y - t r a c i n g c a l c u l a t i o n o n s i m p l e g e o m e t r i c s h a p e F o r a w i d e r a n g e o f g e o m e t r i c s h a p e , t h e g r a i n s h a p e f a c t o r v a r i e s b y a f a c t o r 2 ! F o r a g i v e n S S A , a l b e d o c a n v a r y b y u p t o 1 . 4 d u e t o s h a p e

T h e o r e t i c a l r e s u l t s 7 ( 1 + 2cos θ) √ α(λ)= exp ( − 12 1 − g ) 2 1 B 3 γ(λ) ρ ice SSA s t - g i s t h e a s y m e t r y f a c t o r ( o r t h e 1 m o m e n t o f t h e p h a s e f u n c t i o n i n L e g e n d r e s e r i e ) : m e a u r e t h e d e g r e e o f f o r w a r d v e r s u s b a c k w a r d s c a t t e r i n g - B i s t h e a b s o r p t i o n e n h a n c e m e n t p a r a m e t e r ( K o k a n o v s k y a n d Z e g e 2 0 0 4 ) M e a s u r e t h e l e n g t h i n g o f t h e p a t h i n t h e g r a i n I m p o r t a n t : t h e y d e p e n d o n s h a p e a n d r e f r a c t i v e i n d e x a n d a r e c o m p u t e d f r o m e l e c t r o m a g n e t i c p r i n c i p l e ( n o t p u r e l y g e o m e t r i c a l a s S S A i s )

T h e o r e t i c a l r e s u l t s I n L i b o i s e t a l . 2 0 1 3 : C a l c u l a t i o n s f r o m K o k h a n o v s k y a n d M a c k e , 1 9 9 7 ; P i c a r d → e t a l . , 2 0 0 9 B a n d g f o r g e o m e t r i c a l s h a p e s . + r a n d o m m i x t u r e b y M a l i n k a e t a l . 2 0 1 4 7 ( 1 + 2cos θ) √ α(λ)= exp ( − 12 1 − g ) Spheres 2 1 B 3 γ(λ) ρ ice SSA x 2 S p h e r e s h a v e a B / ( 1 - g ) m e d i u m

T h e o r e t i c a l r e s u l t s I n L i b o i s e t a l . 2 0 1 3 : C a l c u l a t i o n s f r o m K o k h a n o v s k y a n d M a c k e , 1 9 9 7 ; P i c a r d → e t a l . , 2 0 0 9 B a n d g f o r g e o m e t r i c a l s h a p e s . 7 ( 1 + 2cos θ) √ α(λ)= exp ( − 12 1 − g ) Spheres 2 1 B 3 γ(λ) ρ ice SSA x 2 S p h e r e s h a v e a B / ( 1 - g ) m e d i u m x 4 E fg e c t i v e e x t i n c t i o n c o e ffj c i e n t : ke (λ)=ρ √ 2 γ(λ) SSA 3 ρ ice B ( 1 − g ) S p h e r e s h a v e a n B ( 1 - g ) e x t r e m e