Détermination du chauffage radiatif des aérosols désertiques au dessus de l'Afrique de l'Ouest et de leur impact sur la dynamique atmosphérique à l'aide d'observations satellitaires au cours de la campagne AMMA PDF Download
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Author: Cyndie Lemaître
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Languages : fr
Pages : 213
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Book Description
Les travaux présentés visent à améliorer nos connaissances sur les propriétés radiatives des aérosols désertiques aussi bien dans les courtes longueurs d'onde (SW) que dans les grandes longueurs d'onde (LW) ainsi que sur leur forçage sur la dynamique atmosphérique. Cette caractérisation est essentielle en particulier dans la région de l'Afrique du nord, qui est la plus grande source d'aérosols minéraux. Cette étude est basée sur une complémentarité entre les plateformes de mesure in situ au sol ou aéroportées et les observations de télédétection au sol, aéroportées ou spatiales. Ces travaux se réalisent dans le cadre de la campagne de mesures AMMA qui a eu lieu en 2006, au cours d'un épisode particulièrement intense de soulèvement de poussières à l'est du continent et de transport vers l'ouest pendant une semaine. L'analyse met en évidence l'importance des aérosols désertiques sur le bilan radiatif au-dessus de l'Afrique de l'Ouest à l'échelle régionale (impact non négligeable dans le SW mais aussi dans le LW), de jour comme de nuit avec des chauffages compris entre 1.5K jour-1 et 4K jour-1 en moyenne de jour dans la couche d'aérosols. A la mi-journée, les taux de chauffage peuvent atteindre localement 8Kjour-1 dans les parties les plus épaisses optiquement des panaches d'aérosols de poussières désertiques. De nuit, on observe un refroidissement de l'ordre de 0.5Kjour-1 à 1Kjour-1 dans la couche de poussières et un réchauffement à la surface. Ce chauffage n'est pas sans impact sur la dynamique atmosphérique en Afrique de l'ouest du fait de son in-homogénéité spatiale et de sa variabilité temporelle.
Author: Cyndie Lemaître
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Pages : 213
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Les travaux présentés visent à améliorer nos connaissances sur les propriétés radiatives des aérosols désertiques aussi bien dans les courtes longueurs d'onde (SW) que dans les grandes longueurs d'onde (LW) ainsi que sur leur forçage sur la dynamique atmosphérique. Cette caractérisation est essentielle en particulier dans la région de l'Afrique du nord, qui est la plus grande source d'aérosols minéraux. Cette étude est basée sur une complémentarité entre les plateformes de mesure in situ au sol ou aéroportées et les observations de télédétection au sol, aéroportées ou spatiales. Ces travaux se réalisent dans le cadre de la campagne de mesures AMMA qui a eu lieu en 2006, au cours d'un épisode particulièrement intense de soulèvement de poussières à l'est du continent et de transport vers l'ouest pendant une semaine. L'analyse met en évidence l'importance des aérosols désertiques sur le bilan radiatif au-dessus de l'Afrique de l'Ouest à l'échelle régionale (impact non négligeable dans le SW mais aussi dans le LW), de jour comme de nuit avec des chauffages compris entre 1.5K jour-1 et 4K jour-1 en moyenne de jour dans la couche d'aérosols. A la mi-journée, les taux de chauffage peuvent atteindre localement 8Kjour-1 dans les parties les plus épaisses optiquement des panaches d'aérosols de poussières désertiques. De nuit, on observe un refroidissement de l'ordre de 0.5Kjour-1 à 1Kjour-1 dans la couche de poussières et un réchauffement à la surface. Ce chauffage n'est pas sans impact sur la dynamique atmosphérique en Afrique de l'ouest du fait de son in-homogénéité spatiale et de sa variabilité temporelle.
Author: Florent Malavelle
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Ces travaux de thèse présentent l'étude du forçage radiatif direct et semi-direct ainsi que les impacts climatiques associés, qu'exercent les particules d'aérosols désertiques et de feux de biomasse sur le climat régional ouest Africain pendant la saison sèche. Dans ce cadre, le modèle de climat à été utilisé en lien avec les observations in-situ des campagnes DABEX/AMMA-SOP0, les mesures photométriques (AERONET/PHOTONS) et satellitaire (PARASOL,MODIS,OMIetMISR). Le modèle RegCM3 configuré spécifiquement pour représenter les aérosols d'Afrique de l'ouest a été évalué au cours d'une simulation de la saison sèche 2006. Dans cette configuration, le modèle s'est montré capable d'estimer raisonnablement les quantités d'aérosols pour des applications climatiques et les variations d'albédo de simple diffusion. Pendant les mois de décembre et janvier, l'albédo de simple diffusion simulé au dessus du Sahel se situe entre 0.81 et 0.83 (à 440 nm) quand les aérosols de feux de biomasse dominent le mélange atmosphérique. Pendant les mois de mars et avril, pour lesquels les aérosols désertiques dominent, l'albédo de simple diffusion simulé se situe entre 0.90 et 0.92 (à 440 nm). Le forçage radiatif direct au sommet de l'atmosphère (visible + infrarouge) est majoritairement négatif sur l'ensemble du domaine et compris entre -5.0 W /m2 et -4.0 W /m2. Sur le Sahara, le forçage radiatif direct TOA est proche de zéro (-0.15 W /m2). La grande divergence entre le forçage radiatif direct au sommet de l'atmosphère et en surface indique que l'absorption est importante au sein de l'atmosphère (forçage radiatif direct atmosphèrique de +11.47 et +24.40 W /m2 au dessus du Sahara et du Sahel, respectivement). Du fait de leur albédo de simple diffusion relativement bas, les aérosols de feux de biomasse, contribuent principalement à ce rechauffement atmosphérique. Ceci se traduit à l'échelle régionale par un taux d'échauffement radiatif atmosphérique (dans le visible) compris entre +0.2 et +0.6 K /jour en moyenne journalière dans la couche d'aérosol de feux de biomasse localisée entre 2 et 5 km. Deux simulations à plus longue échéance sur la période 2001-2006 ont été menées pour étudier les conséquences de ce forçage radiatif sur le climat régional pendant la saison sèche. Une simulation DUST (aérosols désertiques) et BBDUST (aérosols désertiques + aérosols de feux) sont réalisées en prenant en compte les rétroactions liées au forçage radiatif direct. L'important forçage radiatif en surface réduit l'énergie radiative disponible au sol. Ceci conduit à des perturbations significatives du bilan energétique en surface. Au dessus du Sahara, les réductions de flux de chaleur sensible sont proches dans les expériences DUST et BBDUST (respectivement -5.52 W /m2 et -6.65 W /m2). Au niveau du Sahel en revanche, l'inclusion des aérosols de feux de biomasse diminue plus fortement le flux de chaleur sensible (-16.59 W /m2 dans l'expérience BBDUST et -5.37 W /m2 dans l'expérience DUST). La réponse du flux de chaleur latente est plus complexe et dépend à la fois de la localisation des sources d'aérosols et des espèces considérées. Ainsi, la réponse des champs de précipitations simulés due aux effets radiatifs direct et semi-direct des aérosols diffère fortement entre les deux expériences. Dans l'expérience DUST, les précipitations sont réduites sur la majorité du domaine avec une diminution maximum au centre du continent. Dans l'expérience BBDUST, les aérosols de feux de biomasse augmentent les précipitations pour cette sous-région. L'augmentation des précipitations semble reliée à une augmentation locale de l'activité convective au dessus de 500 hPa sous l'effet d'un mécanisme de pompe thermique.
Author: Olivier Chomette
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Languages : fr
Pages : 202
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L'objectif du travail présenté est de modéliser le cycle atmosphérique émission-transport-dépôt de l'aérosol désertique afin d'étudier son impact radiatif et de mettre en évidence l'effet qui peut en résulter sur la dynamique de l'atmosphère. On utilise pour cela un modèle méso-échelle, le RAMS, après l'avoir amplement aménagé, de sorte qu'il soit utilisable pour modéliser le cycle des aérosols désertiques pendant un événement couvrant une région (partie du Sahara et de l'océan Atlantique) de 15 millions de km2 durant plusieurs jours. L'aménagement du modèle comporte (i) un module décrivant la physique des soulèvements, incluant une cartographie des états de sol de la moitié Ouest du Sahara, (ii) une procédure décrivant le dépôt sec des particules par gravité, ce qui entraîne l'évolution de la granulométrie au cours du temps et (iii) un code radiatif détaillé permettant la prise en compte de l'aérosol. La détermination des caractéristiques optiques de l'aérosol désertique en fonction de sa granulométrie et de son indice complexe est réalisée pour alimenter le programme de calcul. Les résultats des simulations sont comparés avec les données d'observations disponibles (satellite, mesures photométriques sol, mesures météorologiques) et sont en général en bon accord avec ces dernières. Nous avons montré l'importance de la détermination des vents à la surface des zones d'émission ainsi que de la bonne description des reliefs et de la rugosité des surfaces, pour la qualité de cet accord. L'évaluation de l'impact radiatif de l'aérosol désertique est réalisée par comparaison des bilans radiatifs de l'atmosphère avec et sans aérosol. La même démarche est utilisée pour l'étude de la rétroaction entre la dynamique et la présence d'aérosol dans l'atmosphère. On montre que l'impact radiatif à une rétroaction importante sur les masses soulevées. En revanche l'effet sur la dynamique apparaît négligeable dans le cas étudié.
Author: Fanny Minvielle-Moncla
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Languages : fr
Pages : 162
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Les particules d'aérosols peuvent avoir une influence non négligeable sur l'équilibre énergétique du système climatique terrestre. Leurs forçages radiatifs sur l'atmosphère sont encore estimés avec une grande incertitude. Cette thèse, à partir d'une étude numérique, s'inscrit dans les travaux visant à amé̀liorer la connaissance du rôle radiatif des aérosols. Elle s'appuie pour cela sur les mesures de la campagne internationale INDOEX 98-99 (INDian Ocean EXperiment) qui s'est déroulée au nord de l'Océan Indien. Tout d'abord, le transport des aérosols est simulé à l'aide du modè́le météorologique RAMS à méso-échelle. Cette échelle est particulièrement adaptée aux caractéristiques des aérosols. On considère ici le carbonne suie, les sulfates (dioxyde de soufre) et les poussières minérales. Leur transport s'organisent selon deux couches, ce qui est en accord avec les mesures. De plus, les résulats montrent que la dynamique contribuerait à un fort mélange des aérosols. Puis, l'effet radiatif semi-direct des carbonnes suies est étudié, au moyen du code radiatif EC3, qui a été couplé "on-line" à RAMS. Cet effet radiatif, encore mal connu aujourd'hui, a été notamment observé pendant INDOEX. Le code EC3 a la particularité de prendre en compte les propriétés optiques des aérosols. Le couplage "on-line" permet d'obtenir la répercussion de l'effet radiatif des aérosols au cours de la simulation sur les paramètres météorologiques gérés par RAMS. L'étude simule précisément la perturbation des conditions atmosphériques induite par l'effet radiatif des aérosols influençant alors la formation des nuages. On montre que la présence des panaches de carbone de suie produit un réchauffement local significatif de l'atmosphère, qui conduit à une diminution du contenu en eau nuageuse. Les valeurs de forçage simulé sont en accord avec ceux de la littérature. De plus, on montre qu'une rétroaction de l'effet radiatif existerait sur la structure verticale des panaches eux-mêmes
Author: Jean-François Léon
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Languages : fr
Pages : 0
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L'emission par les activites humaines de particules atmospheriques (aerosols) est a l'origine d'une modification significative du bilan radiatif terrestre. Les incertitudes sur l'estimation de cet impact sont liees a une connaissance insuffisante de leurs proprietes optiques et de leur concentration atmospherique. L'objectif de ce travail est d'evaluer l'impact radiatif direct des aerosols anthropiques. La determination experimentale des variables pertinentes s'appuie sur le couplage de mesures in situ et de teledetection active et passive obtenues lors de campagnes multi-instrumentees. La premiere experience, dans le cadre du projet europeen meduse, est menee a partir des mesures conjointes de polder, meteosat et d'un photometre solaire situe en zone periurbaine cotiere (thessalonique, grece). L'analyse de 15 mois de mesures met en evidence la contribution dominante des sources locales a l'epaisseur optique en aerosols ainsi qu'une contribution significative (15%) des poussieres desertiques. La seconde experience est menee dans le cadre du projet international indoex sur les aerosols transportes depuis le continent indien vers l'ocean durant la periode seche de mousson d'hiver. L'analyse des prelevements in situ, des sondages lidar et des mesures spatiales (meteosat) et aeroportees met en evidence un phenomene de pollution a l'echelle regionale par des aerosols submicroniques et absorbants, transportes majoritairement au-dessus de la couche limite marine. Le forcage radiatif additionnel direct deduit des observations est d'un facteur 2.5 a 4.5 fois plus intense en surface (78 wm 2 en moyenne journaliere par unite d'epaisseur optique) qu'au sommet de l'atmosphere (22 wm 2) induisant un echauffement radiatif de l'atmosphere
Author: JEAN-FRANCOIS.. LEON
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Languages : fr
Pages : 167
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L'EMISSION PAR LES ACTIVITES HUMAINES DE PARTICULES ATMOSPHERIQUES (AEROSOLS) EST A L'ORIGINE D'UNE MODIFICATION SIGNIFICATIVE DU BILAN RADIATIF TERRESTRE. LES INCERTITUDES SUR L'ESTIMATION DE CET IMPACT SONT LIEES A UNE CONNAISSANCE INSUFFISANTE DE LEURS PROPRIETES OPTIQUES ET DE LEUR CONCENTRATION ATMOSPHERIQUE. L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL EST D'EVALUER L'IMPACT RADIATIF DIRECT DES AEROSOLS ANTHROPIQUES. LA DETERMINATION EXPERIMENTALE DES VARIABLES PERTINENTES S'APPUIE SUR LE COUPLAGE DE MESURES IN SITU ET DE TELEDETECTION ACTIVE ET PASSIVE OBTENUES LORS DE CAMPAGNES MULTI-INSTRUMENTEES. LA PREMIERE EXPERIENCE, DANS LE CADRE DU PROJET EUROPEEN MEDUSE, EST MENEE A PARTIR DES MESURES CONJOINTES DE POLDER, METEOSAT ET D'UN PHOTOMETRE SOLAIRE SITUE EN ZONE PERIURBAINE COTIERE (THESSALONIQUE, GRECE). L'ANALYSE DE 15 MOIS DE MESURES MET EN EVIDENCE LA CONTRIBUTION DOMINANTE DES SOURCES LOCALES A L'EPAISSEUR OPTIQUE EN AEROSOLS AINSI QU'UNE CONTRIBUTION SIGNIFICATIVE (15%) DES POUSSIERES DESERTIQUES. LA SECONDE EXPERIENCE EST MENEE DANS LE CADRE DU PROJET INTERNATIONAL INDOEX SUR LES AEROSOLS TRANSPORTES DEPUIS LE CONTINENT INDIEN VERS L'OCEAN DURANT LA PERIODE SECHE DE MOUSSON D'HIVER. L'ANALYSE DES PRELEVEMENTS IN SITU, DES SONDAGES LIDAR ET DES MESURES SPATIALES (METEOSAT) ET AEROPORTEES MET EN EVIDENCE UN PHENOMENE DE POLLUTION A L'ECHELLE REGIONALE PAR DES AEROSOLS SUBMICRONIQUES ET ABSORBANTS, TRANSPORTES MAJORITAIREMENT AU-DESSUS DE LA COUCHE LIMITE MARINE. LE FORCAGE RADIATIF ADDITIONNEL DIRECT DEDUIT DES OBSERVATIONS EST D'UN FACTEUR 2.5 A 4.5 FOIS PLUS INTENSE EN SURFACE (78 WM 2 EN MOYENNE JOURNALIERE PAR UNITE D'EPAISSEUR OPTIQUE) QU'AU SOMMET DE L'ATMOSPHERE (22 WM 2) INDUISANT UN ECHAUFFEMENT RADIATIF DE L'ATMOSPHERE
Author: Nicolas Bellouin
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Languages : en
Pages : 186
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Book Description
Les aérosols atmosphériques influent sur le bilan radiatif terrestre en diffusant et absorbant le rayonnement incident (effet direct) et en modifiant le cycle de vie et les propriétés radiatives des nuages (effet indirect). Les interactions aérosols anthropiques - nuages - rayonnement constituent un forçage du système dont le signe et l'ordre de grandeur sont mal connus. Cette thèse étudie l'effet direct à partir d'observations satellitaires et de photométrie au sol. Elle aborde également plusieurs aspects de la modélisation des aérosols et de la surface dans les codes de transfert radiatif. Après avoir présenté les aérosols atmosphériques et leur impact climatique, on définit la perturbation des flux radiatifs due à l'effet direct des aérosols. Les outils utilisés par cette thèse sont le code de transfert radiatif Streamer qui, associé à une technique de reconstitution du signal, permet de simuler flux et réflectances, l'instrument satellitaire Polder, qui est multidirectionnel et effectue des mesures polarisées, et le réseau de photomètres Aeronet-Photons. On étudie tout d'abord l'impact sur la perturbation radiative directe des aérosols de deux simplifications souvent utilisées dans les calculs de transfert radiatif. Il est montré, à partir de mesures de la fonction de phase, que négliger la non-sphéricité des aérosols entraîne des erreurs importantes sur la perturbation radiative directe et sur l'inversion de l'épaisseur optique. La prise en compte de la surface océanique par son albédo entraîne également des erreurs par rapport à la prise en compte rigoureuse utilisant la fonction de distribution de la réflectance bidirectionnelle. Pour estimer l'absorption par les aérosols, nous avons associé les inversions de Polder à un jeu d'albédos de diffusion simple issu de l'analyse de mesures Aeronet-Photons. L'algorithme utilisé permet d'identifier l'aérosol présent dans l'atmosphère en se basant sur les propriétés optiques déduites des mesures de Polder et sur la localisation géographique de la scène. Notre estimation de l'absorption en ciel clair est 2,5 Wm-2en moyenne globale sur les huit mois de données Polder. Nous présentons ensuite une méthode originale d'estimation de la perturbation radiative au-dessus des océans et en ciel clair à partir des réflectances de Polder. Grâce à l'utilisation de nombreux modèles d'aérosols, notre algorithme permet de défmir une incertitude. L'application sur les huit mois de mesures de Polder permet d'évaluer la perturbation radiative entre -6,8 et -7,8 Wm-2 en moyenne globale et sur huit mois. Une modification sera apportée à l'algorithme afm de mieux prendre en compte l'effet du vent sur la surface marine. La thèse se termine par une discussion sur l'estimation de la perturbation radiative directe au-dessus des continents, où la prise en compte de la surface est difficile.
Author: Michel Legrand
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Languages : en
Pages : 234
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Book Description
L'aérosol saharien est un phénomène météorologique aux incidences multiples dans des domaines aussi variés que la climatologie, la télédétection, l'agronomie, et la sécurité aérienne. Si leur étude par voie satellitaire au-dessus des océans est bien maîtrisée, il en va autrement au-dessus des terres. Le canal Meteosat à 10 microns permet la détection des aérosols sahariens au-dessus de l'Afrique. Sur la base de ce résultat on a élaboré des techniques permettant la visualisation des nuages de poussière de jour et de nuit. Ce progrès rend possible la description de la distribution spatio-temporelle de la poussière au-dessus de l'Afrique. Il doit permettre d'aborder l'étude du cycle des aérosols avec la localisation des sources et l'observation de leur activité ainsi que l'étude des schémas de transports. Il s'agit là de l'un des objectifs du projet érosion éolienne en régions arides et semi-arides qui s'insère dans le programme international géosphère-biosphère. Il s'agit encore d'informations requises pour l'amélioration des modèles climatologiques (les GCM en particulier). La comparaison des données satellitaires avec des vérités-sol a démontré la possibilité d'extraire l'épaisseur optique de l'aérosol à partir de la réponse satellitaire. Pour opérer cette extraction, l'analyse des mécanismes physiques aboutissant à la détection de l'aérosol a été réalisée. La modélisation de ces mécanismes est obtenue à partir d'un modèle mésométéorologique modifié pour la prise en compte de l'aérosol et validé à partir des données de l'expérience éclats. Les simulations de ce modèle ont permis d'identifier les facteurs essentiels à la description de la réponse satellitaire. Ce sont, outre l'épaisseur optique : le modèle d'aérosol, l'émissivité de surface, et l'humidité atmosphérique.
Author: Suzanne Crumeyrolle
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Languages : fr
Pages : 225
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Book Description
En Afrique de l'ouest, trois types d'aérosols prédominent : les poussières désertiques, les aérosols de feu de biomasse et les sels marins. Le mélange de ces trois types de particules d'aérosols peut impacter à divers degrés les propriétés radiatives de l'atmosphère ainsi que la formation et la précipitation des nuages. Dans le cadre de la campagne de mesures AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine) et pour caractériser au mieux ces particules, une veine de prélèvement ainsi qu'une plate-forme instrumentale ont été développés et implémentées dans un avion de recherche, l'ATR-42. Deux cas d'étude ont été sélectionnés, en juillet (SOP1) et en août (SOP2) 2006 afin de comprendre l'impact des systèmes convectif de méso-échelle (MCS) sur les propriétés hygroscopiques des aérosols. Les résultats des observations montrent une augmentation des propriétés hygroscopiques des particules due à la présence d'une pellicule de surface composée d'éléments solubles (sulfate, nitrate et chlorure). De façon à mettre en évidence les processus responsables de ces modifications, une simulation numérique a été réalisée. Cette simulation permet de décrire le mélange qui s'opère en phase aqueuse entre des éléments solubles et des poussières désertiques lesquelles, après évaporation, se recouvrent d'une pellicule de surface avant d'être réinjectées dans l'atmosphère.
Author: Sophie Peyridieu
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Languages : fr
Pages : 205
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Book Description
Les aérosols, d'origine naturelle ou anthropique, jouent un rôle important dans le système climatique. Ces particules en suspension dans l'atmosphère interagissent directement avec le rayonnement et de façon indirecte avec les autres composants de l'atmosphère. Leur impact sur le bilan radiatif reste difficile à quantifier, notamment à cause de la difficulté de mesurer précisément leurs propriétés microphysiques et optiques. De plus, leur grande variabilité spatio-temporelle en fait un objet d'étude complexe. La diversité des observations spatiales rend possible une meilleure compréhension du rôle des aérosols. En télédétection passive, le sondage infrarouge reste peu utilisé par rapport aux techniques opérant dans le visible. Or, en plus de permettre la clôture du bilan radiatif, l’infrarouge permet d’obtenir des observations de jour comme de nuit, sur mer comme sur terre. L'accès à l'altitude moyenne représente un atout majeur de l'infrarouge. Cette thèse présente une méthode d'inversion des observations des sondeurs infrarouges à très haute résolution spectrale AIRS et IASI. Une climatologie de 8 ans des propriétés des poussières désertiques (épaisseur optique à 10 μm et altitude moyenne) a été établie à partir d’AIRS et validée grâce à la synergie instrumentale de l’A-Train (MODIS, CALIOP, PARASOL). La distribution spatiale et le cycle naturel des poussières désertiques dans les tropiques sont décrits de façon complète. La très haute résolution apportée par IASI a permis d'étendre la méthode à l'inversion du rayon effectif du mode grossier des poussières et d’amorcer l’étude de leur évolution au cours de leur transport dans l’atmosphère
