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Relations Terre-Soleil


Le Soleil agit sur l'atmosphère de la Terre par le flux de photons et de particules. Les photons agissent surtout aux basses et moyennes latitudes et les particules à hautes latitudes. A moyenne latitude (OHP), on étudie le transfert du rayonnement et les absorptions atmosphériques par la double approche, théorique et expérimentale. A haute latitude (au Svalbard), l'interféromètre EPIS installé depuis novembre 2002, fournit des observations dont l'exploitation scientifique a commencé.

Par ailleurs, l'étude de l'Environnement Spatial permet d'appréhender, au delà des retombées technologiques, les densités de gaz et de particules solides (d'origine humaine ou cosmique) en fonction de l'altitude et de leurs évolutions dans le temps.

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 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, ces grandeurs sont mesurées par les lidars, les spectromètres SAOZ et Dobson. Deux pyranomètres observant les domaines 280-320 nm et 300-3000 nm enregistrent l'eacute;nergie reçue que l'on peut comparer aux prévisions.

Pour mettre au point le code de transfert de rayonnement, on a considéré les situations en l'absence de nébulosité. L'accord obtenu entre l'observation et la modélisation est de l'ordre du pourcent pour les deux domaines spectraux (voir figures 1 et 2).

On a poursuivi l'effort de modélisation du transfert du rayonnement solaire, d'une part par l'étude de la diffusion du rayonnement par des poussières de forme irrégulière, et d'autre part par l'étude de la profondeur optique des nuages, en un premier lieu des cirrus.

Du point de vue instrumental, cette étude s'appuie sur les pyranomètres, les lidars et les spectromètres SAOZ et Dobson auxquels serons adjoints deux instruments en cours de développement. Il s'agit d'une caméra localisant la nébulosité et d'un spectromètre mesurant la composante diffuse du rayonnement solaire. Ces deux instruments sont développés en coopération avec la station géophysique.

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

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 des composantes horizontales et verticales du vent et de la température et dans la thermosphère et la basse thermosphère.

L'instrument est placé dans la calotte polaire qui est une région intérieure à l'ovale auroral ayant la particularité d'avoir des lignes de champ magnétique reconnectées avec celles du champ magnétique interplanétaire. Cette région permet d'observer directement les effets des particules solaires sur l'atmosphère de la Terre.

     
 
Figure 1.  Comparaison entre les valeurs de l'irradiance mesurée par le pyranomètre
TSP-700(300-3000 nm) et le pyranomètre UVB-1 (280-320nm) le 20 juin 2000 et la
prévision par le transfert de rayonnement

Figure 2.  Mesures des composantes méridienne et zonale
dans la thermosphère et comparaison avec les prévisions
du modèle de Hedin et al. (1991).

Les observations seront conduites en relation avec celles du radar ESR.
L'instrument a été installé au Spitsberg en septembre 2002, mis en opération en novembre de la même année pour une campagne de quatre mois. Il a été procédé de même pour la campagne de 2003. EPIS est un instrument automatique commandé depuis l'OHP (mode d'observation, pré-dépouillement local, transfert des données, diagnostic d'anomalies,..). Quelques incidents mécaniques et de régulation thermique survenus au cours de l'année sont à présent résolus. Le traitement scientifique est en cours de mise au point.

On a principalement observé la dynamique dans la thermosphère et comparé nos mesures aux prévisions du modèle HWM93 de Hedin et al. (1991). À faible activité magnétique, l'accord est satisfaisant en amplitude et phase (voir fig. 2). En revanche, les vitesses observées sont supérieures à celles prévues en cas d'activité. Par exemple pour l'évènement d'éjection de masse coronale du 28-31 octobre 2003, on a observé des vitesses atteignant 500 m s-1.
Ces résultats seront présentés à l'EGU 2004.

Étude de l'environnement spatial

Réalisée en collaboration étroite avec l'ONERA, cette étude a porté, en 2003, sur l'estimation du flux de lumière solaire parasite diffusée par les débris et captée par les instruments optiques spatiaux. En 2004 elle va s'étendre

Référence

Hedin et al.,
1991, Journal of Geophysical Research 96, 7657-7688.

Communications

G., Thuillier, J.-M., Perrin,
EGS 2003, Radiative transfer from Sun to ground : a comparative study between predictions and observations at Observatoire de Haute Provence.

M. Van M. Barthélémy, F. Culot, W. Kofman, C. Lathuillere, J. Lilensten , J.-M. Perrin, B. Pibaret, C. Simon, G. Thuillier and T. Van Eyken,
AGU 2003, EISCAT French EISCAT campaign from October 29th to November 2nd 2003: Observations from UHF at Tromso, and from ESR and EPIS Interferometer at Svalbard.


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