Influence of light-absorbing particles on snow spectral irradiance profiles

International audience Abstract. Light-absorbing particles (LAPs) such as black carbon or mineral dust are some of the main drivers of snow radiative transfer. Small amounts of LAPs significantly increase snowpack absorption in the visible wavelengths where ice absorption is particularly weak, impac...

Full description

Bibliographic Details
Published in:The Cryosphere
Main Authors: Tuzet, François, Dumont, Marie, Arnaud, Laurent, Voisin, Didier, Lamare, Maxim, Larue, Fanny, Revuelto, Jesus, Picard, Ghislain
Other Authors: Centre d'Etudes de la Neige (CEN), Centre national de recherches météorologiques (CNRM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG ), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Météo-France -Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA), Institut des Géosciences de l’Environnement (IGE), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes 2016-2019 (UGA 2016-2019 )
Format: Article in Journal/Newspaper
Language:English
Published: HAL CCSD 2019
Subjects:
Online Access:https://hal-meteofrance.archives-ouvertes.fr/meteo-03657938
https://hal-meteofrance.archives-ouvertes.fr/meteo-03657938/document
https://hal-meteofrance.archives-ouvertes.fr/meteo-03657938/file/tc-13-2169-2019.pdf
https://doi.org/10.5194/tc-13-2169-2019
id ftunivnantes:oai:HAL:meteo-03657938v1
record_format openpolar
institution Open Polar
collection Université de Nantes: HAL-UNIV-NANTES
op_collection_id ftunivnantes
language English
topic [SDU.STU]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences
spellingShingle [SDU.STU]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences
Tuzet, François
Dumont, Marie
Arnaud, Laurent
Voisin, Didier
Lamare, Maxim
Larue, Fanny
Revuelto, Jesus
Picard, Ghislain
Influence of light-absorbing particles on snow spectral irradiance profiles
topic_facet [SDU.STU]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences
description International audience Abstract. Light-absorbing particles (LAPs) such as black carbon or mineral dust are some of the main drivers of snow radiative transfer. Small amounts of LAPs significantly increase snowpack absorption in the visible wavelengths where ice absorption is particularly weak, impacting the surface energy budget of snow-covered areas. However, linking measurements of LAP concentration in snow to their actual radiative impact is a challenging issue which is not fully resolved. In the present paper, we point out a new method based on spectral irradiance profile (SIP) measurements which makes it possible to identify the radiative impact of LAPs on visible light extinction in homogeneous layers of the snowpack. From this impact on light extinction it is possible to infer LAP concentrations present in each layer using radiative transfer theory. This study relies on a unique dataset composed of 26 spectral irradiance profile measurements in the wavelength range 350–950 nm with concomitant profile measurements of snow physical properties and LAP concentrations, collected in the Alps over two snow seasons in winter and spring conditions. For 55 homogeneous snow layers identified in our dataset, the concentrations retrieved from SIP measurements are compared to chemical measurements of LAP concentrations. A good correlation is observed for measured concentrations higher than 5 ng g−1 (r2=0.81) despite a clear positive bias. The potential causes of this bias are discussed, underlining a strong sensitivity of our method to LAP optical properties and to the relationship between snow microstructure and snow optical properties used in the theory. Additional uncertainties such as artefacts in the measurement technique for SIP and chemical contents along with LAP absorption efficiency may explain part of this bias. In addition, spectral information on LAP absorption can be retrieved from SIP measurements. We show that for layers containing a unique absorber, this absorber can be identified in some cases (e.g. ...
author2 Centre d'Etudes de la Neige (CEN)
Centre national de recherches météorologiques (CNRM)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG )
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Météo-France -Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)
Institut des Géosciences de l’Environnement (IGE)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes 2016-2019 (UGA 2016-2019 )
format Article in Journal/Newspaper
author Tuzet, François
Dumont, Marie
Arnaud, Laurent
Voisin, Didier
Lamare, Maxim
Larue, Fanny
Revuelto, Jesus
Picard, Ghislain
author_facet Tuzet, François
Dumont, Marie
Arnaud, Laurent
Voisin, Didier
Lamare, Maxim
Larue, Fanny
Revuelto, Jesus
Picard, Ghislain
author_sort Tuzet, François
title Influence of light-absorbing particles on snow spectral irradiance profiles
title_short Influence of light-absorbing particles on snow spectral irradiance profiles
title_full Influence of light-absorbing particles on snow spectral irradiance profiles
title_fullStr Influence of light-absorbing particles on snow spectral irradiance profiles
title_full_unstemmed Influence of light-absorbing particles on snow spectral irradiance profiles
title_sort influence of light-absorbing particles on snow spectral irradiance profiles
publisher HAL CCSD
publishDate 2019
url https://hal-meteofrance.archives-ouvertes.fr/meteo-03657938
https://hal-meteofrance.archives-ouvertes.fr/meteo-03657938/document
https://hal-meteofrance.archives-ouvertes.fr/meteo-03657938/file/tc-13-2169-2019.pdf
https://doi.org/10.5194/tc-13-2169-2019
genre The Cryosphere
genre_facet The Cryosphere
op_source ISSN: 1994-0424
EISSN: 1994-0416
The Cryosphere
https://hal-meteofrance.archives-ouvertes.fr/meteo-03657938
The Cryosphere, 2019, 13 (8), pp.2169-2187. ⟨10.5194/tc-13-2169-2019⟩
op_relation info:eu-repo/semantics/altIdentifier/doi/10.5194/tc-13-2169-2019
meteo-03657938
https://hal-meteofrance.archives-ouvertes.fr/meteo-03657938
https://hal-meteofrance.archives-ouvertes.fr/meteo-03657938/document
https://hal-meteofrance.archives-ouvertes.fr/meteo-03657938/file/tc-13-2169-2019.pdf
doi:10.5194/tc-13-2169-2019
op_rights http://creativecommons.org/licenses/by/
info:eu-repo/semantics/OpenAccess
op_doi https://doi.org/10.5194/tc-13-2169-2019
container_title The Cryosphere
container_volume 13
container_issue 8
container_start_page 2169
op_container_end_page 2187
_version_ 1766216347186888704
spelling ftunivnantes:oai:HAL:meteo-03657938v1 2023-05-15T18:32:15+02:00 Influence of light-absorbing particles on snow spectral irradiance profiles Tuzet, François Dumont, Marie Arnaud, Laurent Voisin, Didier Lamare, Maxim Larue, Fanny Revuelto, Jesus Picard, Ghislain Centre d'Etudes de la Neige (CEN) Centre national de recherches météorologiques (CNRM) Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP) Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP) Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG ) Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Météo-France -Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA) Institut des Géosciences de l’Environnement (IGE) Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes 2016-2019 (UGA 2016-2019 ) 2019 https://hal-meteofrance.archives-ouvertes.fr/meteo-03657938 https://hal-meteofrance.archives-ouvertes.fr/meteo-03657938/document https://hal-meteofrance.archives-ouvertes.fr/meteo-03657938/file/tc-13-2169-2019.pdf https://doi.org/10.5194/tc-13-2169-2019 en eng HAL CCSD Copernicus info:eu-repo/semantics/altIdentifier/doi/10.5194/tc-13-2169-2019 meteo-03657938 https://hal-meteofrance.archives-ouvertes.fr/meteo-03657938 https://hal-meteofrance.archives-ouvertes.fr/meteo-03657938/document https://hal-meteofrance.archives-ouvertes.fr/meteo-03657938/file/tc-13-2169-2019.pdf doi:10.5194/tc-13-2169-2019 http://creativecommons.org/licenses/by/ info:eu-repo/semantics/OpenAccess ISSN: 1994-0424 EISSN: 1994-0416 The Cryosphere https://hal-meteofrance.archives-ouvertes.fr/meteo-03657938 The Cryosphere, 2019, 13 (8), pp.2169-2187. ⟨10.5194/tc-13-2169-2019⟩ [SDU.STU]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences info:eu-repo/semantics/article Journal articles 2019 ftunivnantes https://doi.org/10.5194/tc-13-2169-2019 2023-02-22T02:00:59Z International audience Abstract. Light-absorbing particles (LAPs) such as black carbon or mineral dust are some of the main drivers of snow radiative transfer. Small amounts of LAPs significantly increase snowpack absorption in the visible wavelengths where ice absorption is particularly weak, impacting the surface energy budget of snow-covered areas. However, linking measurements of LAP concentration in snow to their actual radiative impact is a challenging issue which is not fully resolved. In the present paper, we point out a new method based on spectral irradiance profile (SIP) measurements which makes it possible to identify the radiative impact of LAPs on visible light extinction in homogeneous layers of the snowpack. From this impact on light extinction it is possible to infer LAP concentrations present in each layer using radiative transfer theory. This study relies on a unique dataset composed of 26 spectral irradiance profile measurements in the wavelength range 350–950 nm with concomitant profile measurements of snow physical properties and LAP concentrations, collected in the Alps over two snow seasons in winter and spring conditions. For 55 homogeneous snow layers identified in our dataset, the concentrations retrieved from SIP measurements are compared to chemical measurements of LAP concentrations. A good correlation is observed for measured concentrations higher than 5 ng g−1 (r2=0.81) despite a clear positive bias. The potential causes of this bias are discussed, underlining a strong sensitivity of our method to LAP optical properties and to the relationship between snow microstructure and snow optical properties used in the theory. Additional uncertainties such as artefacts in the measurement technique for SIP and chemical contents along with LAP absorption efficiency may explain part of this bias. In addition, spectral information on LAP absorption can be retrieved from SIP measurements. We show that for layers containing a unique absorber, this absorber can be identified in some cases (e.g. ... Article in Journal/Newspaper The Cryosphere Université de Nantes: HAL-UNIV-NANTES The Cryosphere 13 8 2169 2187