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Station Géophysique

   


L'idée de mettre en place un réseau international de surveillance des changements dans la stratosphère s'est naturellement développée dans les années 80, consécutivement à l'amélioration de la qualité des mesures pour l'étude de l'atmosphère - particulièrement celles conduites à l'OHP - et aux préoccupations environnementales croissantes. Ainsi est né, en janvier 1991, le NDSC (Network for Detection of Stratospheric Change). Les instruments en service à l'OHP ont été associés à ceux mis en place sur les sites de la Jungfraujoch, du plateau de Bure et de l'Observatoire de Bordeaux pour constituer la station Alpine de ce réseau. Ce fut ainsi la première station opérationnelle du réseau NDSC. Elle est tout naturellement affiliée également aux réseaux ADN (Automated Dobson Network) et SAOZ.

Les objectifs scientifiques poursuivis dans cette station sont ceux de toutes les stations du service d'observation NDSC de l'IPSL : on y mène l'étude de la variabilité naturelle de la composition chimique et de la structure physique de l'atmosphère pour détecter d'éventuelles modifications à long terme de l'atmosphère sous l'effet des activités humaines. L'autre activité scientifique importante réside dans la mise à disposition de la communauté internationale de mesures de qualité pouvant servir de référence, particulièrement lors de validation satellitaire.

La station géophysique assure d'autre part un rôle important d'enseignement et de formation en accueillant des étudiants de divers horizons (DEA, cours européens ,...) de plus en plus nombreux.

Bilan des mesures

L'activité de la station est généralement présentée sous la forme synthétique d'un nombre de nuits ou de jours suivant l'instrument d'observation pendant l'année. Les nombres donnés dans le tableau ci-dessous représentent des mesures brutes qui n'ont pas encore toutes fait l'objet d'une validation.

Nombre de journées d'observation en 2000
  lidar Rayleigh (temp., aérosols, H2O )
216
lidar ozone (stratosphère)
161
lidar vent
18
mesures sol O3
362
lidar ozone (troposphère)
26
spectromètre SAOZ
357
spectrophotomètre Dobson
270
sondages ballon
47

Ce tableau permet de vérifier ce qui avait été dit ici l'an dernier : la légère diminution du nombre d'observations était essentiellement conjoncturelle. En effet, par rapport à l'année 2000 qui se situait en dessous du rythme des années précédentes, le nombre de jours de mesures est remonté à un niveau conforme à la normale. Ceci est d'autant plus satisfaisant que, compte tenu de l'érosion des crédits, en particulier les crédits de logistique, nous avons été conduit à diminuer la fréquence des opérations de maintenance. La seule exception concerne le nombre de sondages ballon qui a baissé en raison d'un arrêt momentané lié à une interruption de fabrication de matériel.

On peut donc affirmer que 2001 représente une année "standard" avec un rythme de mesures soutenu correspondant à la vocation de suivi d'un service d'observation. Le bilan instrument par instrument confirme cet état de fait.

Lidar Rayleigh

Les mesures de la vapeur d'eau par lidar Raman présentent un intérêt particulier car cette méthode permet des mesures jusqu'à la tropopause avec une grande résolution verticale, et avec l'avantage d'avoir une possibilité de calibration indépendante. Après avoir entrepris l'adaptation de l'optique de réception du lidar Rayleigh de l'OHP, la mesure elle-même a été mise en oeuvre et est devenue une mesure régulière et périodique de vapeur d'eau dans la moyenne et haute troposphère.

Lidars DIAL de restitution du profil d'ozone

Ces deux instruments sont assez anciens et doivent faire l'objet d'une certaine jouvence. Cette opération a été commencée sur le lidar stratosphérique en 2000 avec l'installation d'une nouvelle chaîne d'acquisition. L'opération suivante qui devient nécessaire et urgente consistera à renouveler les lasers des deux instruments. Le faible nombre de mesures du lidar troposphérique, qui de plus sont devenues de qualité médiocre, démontre bien cette nécessité.

Spectromètres

Malgré un fonctionnement délicat et de fréquentes interventions le Dobson a fourni une très bonne série de mesures. L'informatique du SAOZ a été renouvelée, permettant ainsi de confirmer la fiabilité de cet instrument. Le spectromètre BrO géré par une équipe belge fonctionne maintenant très régulièrement.

Sondages ballon

Les sondages ballon sont toujours effectués régulièrement chaque mercredi, sauf impossibilité (en général pour des conditions météo contraires). Malgré tout, fin 2001, il a manqué quelques mesures liées à un arrêt de fabrication de la part d'un fournisseur, le remplacement par un matériel équivalent ayant demandé quelque temps de mise au point.

Lidar Vent

Cet instrument n'étant pas encore intégré au réseau NDSC, son fonctionnement ne se fait pas sur un rythme régulier. Toutefois quelques mesures sont réalisées afin d'assurer une veille.

La campagne ESCOMPTE

Après une phase préparatoire (1999-2000) comportant une campagne préliminaire sur le terrain (19 juin - 9 juillet 2000) et la fourniture du cahier des charges pour établir l'inventaire des émissions de la zone, la phase d'exécution d'ESCOMPTE s'est traduite par une grande campagne du 5 juin au 16 juillet 2001. La phase d'analyse et de présentation des résultats est prévue à partir de 2002 et s'étendra sur plusieurs années.
Une centaine d'instruments ont été déployés sur une surface au sol de 200 km2 centrée sur le triangle Aix-Marseille-Berre, utilisant 3 types de moyens :

  1. des moyens au sol (cinq radars profileurs de vent, des Sodars, un Lidar Vent Transportable, des radiosondages, la station mobile installée à Aix-en-Provence, une vingtaine de stations de mesures chimiques),
  2. des moyens aéroportés (trois avions français, trois avions allemands, des petits ballons plafonnants),
  3. des moyens maritimes (deux navires, un ferry instrumenté, un bateau de l'INSU/CNRS embarquant un camion-laboratoire).
  4. Un instrument de la station géophysique a également été impliqué dans cette campagne : le radar ST. Celui-ci a fourni son quota de mesures, mais a été ensuite endommagé par un orage et est arrêté depuis le 21 juillet.

    Installations diverses

    Durant ces deux dernières années, plusieurs orages ont eu des conséquences désastreuses. Il a donc été réalisé une installation conséquente de protection contre la foudre et le raccordement d'un maximum d'instruments sur le réseau ondulé.

    Enseignement

    Depuis 1994, les activités d'enseignement liées au NDSC sont effectuées chaque année à l'OHP dans le cadre de la mission d'enseignement de l'OSU-IPSL. Elles concernent des étudiants de 3ème cycle de plusieurs écoles doctorales qui passent de 2 à 5 jours sur le site avec 1 à 3 intervenants. Leur sont présentés les instruments en fonctionnement et en phase inactive (pour apprécier les parties internes non visibles en fonctionnement). Des exposés concernent la description des instruments et des méthodes de mesures, et permettent d'aborder des thèmes et résultats scientifiques ainsi qu'une vue d'ensemble de la station géophysique de l'OHP et de sa mission d'observation opérationnelle associée au réseau NDSC.
    Enfin dans certains cas, si le temps et le nombre d'étudiants le permettent, quelques travaux pratiques sont proposés pour manipuler les données.

    Sur le plan national, ces formations concernent les étudiants du DEA d'Astronomie Physique et leurs Applications Spatiales de l'Université de Paris 6 (20 étudiants), ceux de l'École doctorale des sciences de l'environnement d'Ile de France (sont concernés 3 DEA et environ 20-40 étudiants), et ceux du DESS Mesure Instrumentation Surveillance Sol Atmosphère Océan (MISAO) de l'Université de Toulon (environ 15 étudiants).

    Au niveau international, l'OHP accueille les 50-60 étudiants qui suivent le Cours de Recherche Européenne sur les Atmosphères de l'Université Joseph Fourier (ERCA : European Research Course on Atmospheres). Le Stage d'Initiation aux Méthodes d'Observation (SIMO) qui concerne les étudiants de l'École doctorale des Sciences de l'Environnement est complètement organisé par l'IPSL (voir Chapitre "Formation et Diffusion de la Science").

    Publications

    CACCIA J.-L., AUBAGNAC J.-P., BETHENOD G., BOURDIER C., BRUZZESE E., CAMPISTRON B., CANDUSSO J.-P., CHEREL G., CLAEYMAN J.-P., CONRAD J.-L., CORDESSES R., CURRIER P., DERRIEN S., DESPAUX G., DOLE J., DURBE R., FOURNET-FAYARD J., FRAPPIER A., GHIO F., GIRARD-ARDHUIN F., JACOBY-KOALY S., KLAUS V., NEY R., PAGES J.-P., PETITDIDIER M., POINTIN Y., RICHARD E., SELOYAN I., SMAINI L. and WILSON R.
         The french ST-radar network during MAP: observational and scientific aspects
              2001, Meteorol. Z., 10, 469-478.

    GOLDFARB L., KECKHUT P., CHANIN M.-L. and HAUCHECORNE A.
         Cirrus climatological results from lidar measurements at OHP (44°N, 6°E)
              2001, Geophys. Res. Lett., 28, 1687-1690.

    HERTZOG A., SOUPRAYEN C. and HAUCHECORNE A.
         Observation and backward trajectory of an inertio-gravity wave in the lower stratosphere
              2001, Ann. Geophys., 19, 1141-1155.

    HERTZOG A., SOUPRAYEN C. and HAUCHECORNE A.
         Measurements of gravity wave activity in the lower stratosphere by Doppler lidar
              2001, J. Geophys. Res., 106, 7879-7890.

    KECKHUT P.
         Temperature trends in the stratosphere and mesosphere
              2001, Adv. Space Res., 28, 955-959.

    KECKHUT P., WILD J.D., GELMAN M.E., MILLER A.J. and HAUCHECORNE A.
         Investigations on long-term temperature changes in the upper stratosphere using lidar data and NCEP analyses
              2001, J. Geophys. Res., 106, 7937-7944.

    ROSCOE H.K., HILL J.G.T., JONES A.E. AND SARKISSIAN A.
         Improvements to the accuracy of zenith-sky measurements of total ozone by visible spectrometers.
         Ii. Use of daily air-mass factors
              2001, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer , 68, 327- 336.

    SCHULZ A., REX M., HARRIS N.R.P., BRAATHEN G.O., REIMER E., ALFIER R., KILBANE-DAWE I., ECKERMANN S., ALLAART M., ALPERS M., BOJKOV B.R., CISNEROS J., CLAUDE H., CUEVAS E., DAVIES J., DE BACKER H., DIER H., DOROKHOV V., FAST H., GODIN S., JOHNSON B., KOIS B., KONDO Y., KOSMIDIS E., KYRO E., LITYNSKA Z., MIKKELSEN I.S., MOLYNEUX M.J., MURPHY G., NAGAI T., NAKANE H., O'CONNOR F., PARRONDO C., SCHMIDLIN F.J., SKRIVANKOVA P., VAROTSOS C., VIALLE C., VIATTE P., YUSHKOV V., ZEREFOS C. and VON DER GATHEN P.
         Arctic ozone loss in threshold conditions: Match observations in 1997/98 and 1998/99
              2001, J. Geophys. Res., 106, 7495-7503.

    VIALLE C.
         La surveillance de l'atmosphère à l'Observatoire de Haute Provence
              2001, Courrier scientifique du Parc naturel du Luberon, n°5, 140-151.


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