Laboratory procedure for simulating nadir measurements with the ACE-FTS

Abstract

The Atmospheric Chemistry Experiment (ACE), or SCISAT mission, is a Canadian science satellite designed to investigate the chemical and dynamical processes that control the distribution of ozone in the stratosphere and upper troposphere. The ACE mission payload consists of two science instruments: a high-resolution infrared Fourier-Transform Spectrometer (FTS) and an ultraviolet/visible/near-infrared spectrometer. These instruments primarily function in occultation mode. However, during the dark portion of the orbit, the Earth passes between the Sun and the satellite. In this configuration, the ACE-FTS has the opportunity to acquire some nadir-view spectra of the Earth. Since the ACE-FTS was designed to view a hot source (i.e., the Sun) at high resolution using a single scan, it was necessary to determine if the ACE-FTS could also provide nadir spectra of the relatively cold atmosphere and surface with sufficient signal-to-noise ratio (SNR). As part of the pre-launch test program, laboratory measurements were performed to investigate this possibility. This paper reports the laboratory spectra of methane, ozone, and carbon monoxide gases measured with the ACE-FTS to determine the performance characteristics of the instrument when viewing a low-intensity blackbody source. From these results, it was shown that the ACE-FTS may be capable of measuring the column amounts of several abundant trace gases, such as methane, ozone, and nitrous oxide, in the atmosphere with sufficient SNR.

L’Expérience sur la chimie atmosphérique (ACE), ou mission SCISAT, est un projet de satellite scientifique canadien conçu pour examiner les processus chimiques et dynamiques qui contrôlent la répartition de l’ozone dans la stratosphère et la troposphère supérieure. La charge utile de la mission ACE consiste en deux instruments scientifiques : un spectromètre infrarouge haute résolution à transformée de Fourier (FTS) et un spectromètre ultraviolet/visible/proche infrarouge. Ces instruments fonctionnent principalement en mode occultation; toutefois, au cours de la portion obscure de l’orbite, la Terre passe entre le Soleil et le satellite. Dans cette configuration, le capteur FTS de ACE a la capacité d’acquérir des spectres en visée nadir de la Terre. Étant donné que le FTS a été conçu-pour visionner une source chaude (c.-à-d. le Soleil) à une résolution élevée à l’aide d’un balayage unique, il a été nécessaire de déterminer si le FTS pouvait aussi acquérir des spectres en visée nadir de l’atmosphère et des surfaces relativement plus froides avec un rapport signal sur bruit (RSB) adéquat. Dans le cadre du programme de tests pré-lancement, des mesures en laboratoire ont été réalisées pour examiner cette possibilité. Dans cet article, on présente les résultats des spectres du méthane, de l’ozone et du dioxyde de carbone mesurés en laboratoire avec le FTS pour déterminer les caractéristiques de performance de l’instrument lorsque ce dernier est utilisé pour mesurer une source de corps noir de faible intensité. À partir de ces résultats, il a été démontré que l’instrument FTS peut mesurer des quantités intégrées sur la colonne de plusieurs gaz à l’état de trace abondants tels que le méthane, l’ozone et l’oxyde nitreux dans l’atmosphère avec un rapport signal sur bruit (RSB) adéquat.[Traduit par la Rédaction]