Rapport d'Activité OHP : 1996
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Rapport d'activité
de la station de Géophysique



La Station Géophysique de l'Observatoire de Haute-Provence a connu en 1996 sa deuxième année en tant que Service d'Observation officiellement reconnu par l'INSU. Il s'agit donc maintenant d'une situation que l'on peut considérer pérennisée. Ceci est particulièrement important dans le cadre de l'insertion dans les réseaux internationaux : NDSC (Network for Detection of Stratospheric Change), ADN (Automated Dobson Network) et réseau SAOZ. Cette appartenance et les objectifs scientifiques (suivi des différents paramètres et études de tendances) exigent des données dont la qualité et la continuité soient irréprochables.
Les améliorations, petites ou grandes, auront donc toutes pour objectif une meilleure fiabilité globale, indispensable pour répondre à cette attente.

En 1996, les travaux d'amélioration ont surtout porté sur la mise au point et l'achèvement des opérations importantes démarrées en 1995, en particulier la jouvence du laser Exciplexe et la synchronisation des lidars pour éliminer les parasitages lumineux et électriques. La liste des différentes améliorations de moindre importance ne pourra jamais être exhaustive, cela va du changement de photomultiplicateur à la modification d'algorithme pour s'adapter à un capteur plus performant (mesure d'humidité sous ballon).

En plus de la tâche de fond qu'est le suivi des variations à long terme des différents paramètres mesurés à l'OHP, la Station de Géophysique a participé à différentes campagnes de mesures (TOASTE-C, MEDUSE) ou de validation sur place (SCUVs) ou à l'extérieur (JOSIE). La station peut également être amenée à jouer un rôle de formation.

Bilan par instrument

L'approche globale de l'activité de la station se fait habituellement par le 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. Pour certains instruments, une présentation plus détaillée est faite.

Nombre de journées d'observation en 1996

lidar Rayleigh(temp.) 143  lidar ozone(stratosphère) 133  lidar aérosols           200
lidar vent	       23				  lidar ozone(troposphère) 147  
spectromètre SAOZ     364  spectrophotomètre Dobson  323  sondages ballon  	    51


Lidar Température-Aérosols et vapeur d'eau

143 nuits de mesures ont été obtenues avec cet instrument pendant l'année 1996. En plus de la mesure de vapeur d'eau implantée l'année passée, la mesure de température par diffusion Raman a été installée en Juin 1996 à l'occasion de la campagne TOASTE-C. Cette innovation permet de mesurer la température de 5 à 30 km sans être perturbé par les aérosols ou nuages fins. Outre la possibilité de suivre le profil vertical de température pendant certains événements météorologiques, cette mesure permettra de quantifier l'activité des ondes de gravité dans cette région et leur rôle dispersif sur les laminés d'ozone. Ces études ont pour but de comprendre la diminution d'ozone aux moyennes latitudes. L'ensemble de ces mesures n'est pas possible simultanément actuellement et un fonctionnement par modes successifs a été mis en place. En mode automatique, des coupures consécutives aux observations astronomiques supérieures à 30 mn ont perturbé ce programme d'observation systématique. Une évaluation du système de coupure du faisceau lidar est en cours.

Une étude comparative des algorithmes d'inversion des données en profils de température a été réalisée en collaboration avec le Jet Propulsion Laboratory qui obtient des mesures similaires en Californie. Des mesures ont été obtenues lors du passage du satellite militaire MSX qui est susceptible de fournir des profils de température dans la mésosphère. Le satellite GPS-MET obtenant des profils de température par occultation des sources GPS a également pu être comparé avec le lidar montrant un bon accord.

L'analyse des mesures de température pendant les périodes où le lidar a pu fonctionner sans interruption pendant la nuit et pendant plusieurs jours du même mois, a permis l'études des marées atmosphériques. Des amplitudes plus grandes que celles attendues par les modèles ont été observées mais ces résultats pourraient être biaisés par la technique d'analyse utilisée. Des simulations ont montré l'importance de disposer de longues nuits de mesures pour séparer les différentes périodes d'oscillation et l'apport potentiel des mesures de jour.

Les mesures de vapeur d'eau dans la troposphère sont prometteuses et montrent un bon accord général avec les sondages ballon et le modèle européen. En outre ces mesures semblent montrer les limites des mesures par ballon en présence de conditions froides et sèches et un biais du modèle en présence de cirrus fins. Une climatologie de la vapeur d'eau dans la moyenne et haute troposphère apparaît comme nécessaire.

Etude de l'ozone et des aérosols troposphériques par lidar

Les mesures de l'ozone troposphérique à l'OHP répondent à deux objectifs principaux:

Pour le programme TOASTE-C les mesures intensives de l'OHP, du 19 au 26 Juin 1996, ont permis de compléter les mesures aéroportées effectuées par l'Avion de Recherches Atmosphériques (ARAT) au dessus de la Méditerranée pour suivre l'évolution d'une goutte froide d'altitude et son rôle dans le transfert de matière entre troposphère et stratosphère.
Pour le programme MEDUSE, seul un cas d'alerte a été déclenché en 1996, avec un fort couvert nuageux qui a rendu difficile la distinction entre nuage et couche d'aérosols sahariens. Pour permettre une meilleure détermination des aérosols avec le lidar ozone troposphérique de l'OHP, une voie optique supplémentaire a été installée en 1996 à 532 nm.

Lidar Vent

Les mesures de vents horizontaux effectuées par Lidar Doppler répondent à deux objectifs scientifiques. Sur la base du fonctionnement pluriannuel actuel, le premier objectif scientifique poursuivi est l'analyse de la variabilité des vents à grande échelle dans l'atmosphère moyenne (ondes planétaires, variation saisonnière etc.). Le deuxième volet d'étude de la dynamique stratosphérique à mesoéchelle repose sur la mise en oeuvre simultanée des Lidars Raman et Doppler pour les mesures de température et de vents horizontaux et du Lidar DIAL pour la mesure de l'ozone stratosphérique. Les effets couplés de l'advection horizontale à grande échelle et des mouvements ondulatoires sur la dispersion d'un traceur (l'ozone) sont étudiés à partir de ces mesures simultanées et d'un outil de modélisation des transferts horizontaux à grande échelle (Gibson-Wilde et al. 1997). Au cours de l'année 1996, le lidar Rayleigh Doppler a fonctionné régulièrement hormis deux périodes d'arrêt lié à des problèmes de Laser (cellule de pockels et injecteur). Une amélioration majeure de l'instrument a été apportée en mai 1996. Elle concerne l'éclai-rement de l'interféromètre de Fabry-Pérot et a permis à la fois de résoudre les problèmes de biais rencontrés jusqu'alors et de sensibilité éventuelle de la mesure à la rétrodiffusion Mie par les aérosols (Souprayen et al. 1997).

Sondages ballons

La station de mesures par sondes ECC embarquées sous ballons permet maintenant d'effectuer chaque année plus de 50 sondages. Pour clarifier le comportement des sondes à basse pression dans la stratosphère l'équipe de la Station Géophysique a participé en mars 96 à la campagne JOSIE d'intercomparaison de sondes ozone dans une chambre de simulation des conditions atmosphériques au KFA de Jülich (Allemagne).

Pour que la comparaison soit la plus représentative possible, les huit équipes provenant de sept pays (Allemagne, Canada, États-Unis, France, Inde, Japon, Suisse) devaient préparer leurs sondes sur place à partir de leur propre matériel. La comparaison a montré que le type de sonde utilisé à l'OHP (ECC) depuis 1991 donne de meilleurs résultats que les sondes Brewer-Mast précédemment utilisées, aussi bien sur le plan de la précision que de l'homogénéité. De plus cette campagne a permis de mieux étalonner notre appareillage, d'utiliser les sondes dans de meilleures conditions pour la mesure dans la stratosphère et a conduit à utiliser un capteur d'humidité plus performant.

Spectromètre Dobson

Au cours de l'année 1996 le spectrophotomètre DOBSON a fonctionné de façon satisfaisante : 219 jours de mesure des quantités totales d'ozone sont utilisables. Notons qu'une nouvelle informatisation du spectrophotomètre a été mise en place au mois de septembre. Si cette modernisation ne change en rien le travail du technicien, elle a l'avantage de réduire les possibilités de pannes et de faciliter l'exploitation de certaines mesures. Par exemple, la possibilité d'avoir accès plus facilement aux résultats des observations de type 'zenith sky ' devrait nous permettre de compléter notre base de données, en particulier pour les jours où les observations en visée directe sur le soleil ne sont pas possibles en raison des conditions atmosphériques. Ce point est important dans la mesure où, justement, le but des réseaux d'observation (ADN ou NDSC auxquels appartient le spectrophotomètre DOBSON ) est entre autres, d'établir une base de données fiables et aussi complète que possible.
Durant le mois de juin 1996, le DOBSON a participé sur le site même de l'OHP à une campagne NDSC/SCUV d'inter comparaison d'appareils mesurant différents composants de l'atmosphère par spectrométrie UV-Visible.
Les quantités d'ozone déterminées par le spectrophotomètre DOBSON sont utilisées régulièrement dans le cadre du programme européen ESMOS pour une étude comparative des concentrations d'ozone dans les sites alpins, dans la campagne de validation de GOME. De plus, elles nous sont demandées par un certain nombre d'organismes tels que l'équipe de Recherches sur les Interactions entre le Rayonnement Solaire et l'Atmosphère (IRSA de Grenoble), le centre de météorologie de Toulouse ou le laboratoire de la météorologie solaire...

Campagne d'inter comparaison SCUVs

Une campagne d'inter comparaison d'instruments destinés à la mesure de constituants stratosphériques par spectrométrie ultraviolet et visible (instruments semblables aux SAOZ) a été organisée à l'OHP du 11 au 28 juin 1996. Il y avait en fait deux campagnes dirigées en parallèle: la première du 11 au 21 juin était organisée dans le cadre du réseau international de surveillance de la stratosphère (Network for Detection of Stratospheric Changes, NDSC) et la seconde, du 11 au 28 juin, était organisée dans le cadre du projet européen de surveillance de la stratosphère par spectrométrie ultraviolet visible (SCUVS).
La participation à ces campagnes a été bien au-delà des prévisions, avec 15 laboratoires représentés, 16 instruments et 43 participants. Des activités ont été menées en parallèle à la campagne et ont servi de support à celle-ci. 4 laboratoires ont participé à ce support, soit 11 équipes, 22 participants y compris le personnel de l'OHP.

Les objectifs de la campagne NDSC étaient:

L'inter comparaison NDSC s'est déroulée à l'aveugle (pas de communication des données entre les participants) sous la responsabilité d'un arbitre, Dr H.K. Roscoe du British Antarctic Survey, désigné par le comité scientifique du NDSC. Les mesures d'ozone et du NO2 obtenues en temps réel ont été fournies à l'arbitre chaque jour. L'inter comparaison a montré que l'accord entre les instruments (y compris tous les SAOZ) est de 2% pour l'ozone et de 10% pour le NO2. Des corrections bien argumentées ont été acceptées après la campagne après accord de l'arbitre. Les qualifications officielles seront attribuées prochainement.

Les objectifs de la campagne SCUVS étaient d'améliorer nos connaissances sur la mesure de constituants atmosphériques par spectrométrie ultraviolet visible, en complément de la campagne NDSC. Les commu-nications entre expérimentateurs ont été encouragées par des réunions régulières organisées durant la deuxième partie de la campagne. Des sujets particuliers ont été abordés tels que l'influence des nuages sur les mesures de l'ozone et du NO2, les problèmes de polarisation des instruments, les comparaisons entre différentes analyses spectrales, etc. Les efforts ont aussi été dirigés vers l'interprétation des observations, avec l'emploi de modèles de transfert de rayonnement en diffusion multiple et vers la reconstitution des profils verticaux des constituants à partir de mesures depuis le sol.

Les mesures menées en parallèle à ces campagnes ont servi de support à nos expérimentateurs. A noter notamment la très bonne participation des instruments de l'OHP : sondes ozone, Dobson et Lidars (ozone, température et aérosol).


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