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Relations Terre-Soleil


Le Soleil agit sur l’atmosphère de la Terre par le flux de photons et le vent solaire. Les photons agissent surtout aux basses et moyennes latitudes et les particules du vent solaire à hautes latitudes. C’est pourquoi ont été développés des instruments qui sont mis en œuvre soit à l’OHP, soit dans des stations de hautes latitudes.

Pour interpréter les mesures effectuées à l'OHP, on étudie le transfert du rayonnement solaire (diffusion et absorption) dans l’atmosphère. Par ailleurs, on a poursuivi la réalisation de l'instrument EPIS, qui observera l'effet des particules émises par le Soleil sur la haute atmosphère de la calotte polaire.

Les programmes d'observation à l'OHP et les résultats

Les photons solaires à la traversée de l’atmosphère sont diffusés par les atomes, molécules et les aérosols solides et liquides. Ils sont aussi partiellement ou totalement absorbés par des espèces chimiques tels que l’ozone et la vapeur d’eau. L’ensemble de ces processus est l’objet du transfert de rayonnement qui s’applique de façon générale à toutes les atmosphères planétaires.

On dispose maintenant d’un code validé pour évaluer l’irradiance spectrale au niveau du sol à condition de connaître les concentrations des espèces absorbantes et diffusantes, ainsi que le profil vertical de température et de densité de l’atmosphère. Par ailleurs, le spectre solaire hors atmosphère mesuré en orbite, maintenant disponible, permet de réduire les biais particulièrement dans le domaine des UV.

A l’OHP, plusieurs grandeurs nécessaires au calcul du transfert du rayonnement, sont mesurées par les lidars, les spectromètres SAOZ et Dobson. Deux pyranomètres observant le domaine 300-340 nm et le domaine 300-3000 nm enregistrent l’énergie reçue que l’on peut comparer aux prévisions.

Pour mettre au point le code de transfert de rayonnement, ont été considérées les situations en l’absence de nébulosité. L’accord obtenu entre l’observation et la modélisation est de l’ordre du pourcent. Pour illustrer la qualité de la prévision, on a calculé l’irradiance au sol pendant l’éclipse partielle de Soleil du 11 août 1999 (figure 1).

La variation saisonnière observée (figure 2) est décrite au premier ordre par la hauteur du soleil à midi solaire en hiver et aux équinoxes.

Ce travail se poursuivra dans le cas de nébulosités. Pour cela, deux instruments à terminer, sont nécessaires pour observer la composante diffuse et la répartition des nuages. Les lidars et les spectromètres SAOZ et Dobson déjà utilisés dans l’étude précédente, seront toujours mis à contribution.

Ces observations seront effectuées pendant plusieurs années afin de rechercher les tendances à long terme.

  
Figure 1.  Comparaison entre les valeurs de l'irradiance mesurée
par le pyranomètre (300-3000 nm) et la prévision par le calcul par
transfert de rayonnement pendant l’éclipse de Soleil du 11 août 1999.

Figure 2.  Variation saisonnière de l’irradiance totale au sol à midi solaire.
Le sinus normaliséde la hauteur solaire est représenté

Ces résultats sont en cours de rédaction pour publication.

Interféromètre EPIS

  EPIS est un interféromètre de Michelson dédié à l’étude de la dynamique de la haute atmosphère en région polaire par l’observation de la température et des composantes horizontale et verticale du vent dans la thermosphère.

La mise au point de l’instrument s’est poursuivie en 2002, avec en particulier un fonctionnement intensif destiné à s’assurer de la fiabilité de l’ensemble. L’instrument a été installé au Spitsberg en septembre 2002. En novembre, les derniers réglages optiques ont été effectués (l’instrument ne peut fonctionner que de nuit). EPIS est un instrument entièrement automatique qui sera commandé depuis l’OHP (mode d’observation, pré-dépouillement local, transfert des données, diagnostic d’anomalies,..). Les observations seront conduites en relation avec celles du radar ESR.

Malgré quelques difficultés techniques, les premiers résultats sont corrects. Cependant, le mauvais temps ainsi que la très forte activité solaire, très surprenante à cette latitude et à cette période du cycle solaire, limitent les mesures.

Figure 3.  Variation diurne des composantes méridienne
et zonale dans la thermosphère obtenue par l’observation
de la raie D de l’oxygène. Les variations rapides de vitesse
sont dues à la précipitation de particules.

Publication

BRUINSMA S., VIAL F. and THUILLIER G.
    2002, Relative density variations at 120 km derived from tidal wind observations made by the UARS/WINDII instrument,
       Atmos. Sol. Terr. Phys., 64, 13-20.


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