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Géophysique


Station Géophysique

La Station Géophysique de l'Observatoire de Haute-Provence a pris maintenant son allure de croisière dans le cadre opérationnel imposé par l'affiliation aux différents réseaux internationaux : NDSC (Network for Detection of Stratospheric Change), ADN (Automated Dobson Network) et réseau SAOZ. Le dernier comité scientifique du NDSC a mis en évidence la part importante prise par la communauté française grâce en particulier à la station primaire de l'OHP.

Cette appartenance et les objectifs scientifiques (suivi des différents paramètres et études de tendances) exigent des données qui devront d'une part être d'une qualité et d'une continuité irréprochables et d'autre part avoir une certaine cohérence avec les mesures obtenues dans les autres stations du réseau. Ceci permettra d'attribuer les changements détectés à des origines géophysiques avec confiance et de bien appréhender l'étude de mécanismes tels que le transport horizontal méridien. Pour garantir ces conditions de mesure, il est nécessaire de vérifier continuellement la fiabilité des instruments. L'un des moyens mis en oeuvre consiste à faire des campagnes régulières d'intercomparaison avec un instrument mobile qui se déplace de site en site.

C'est pourquoi, 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 Géophysique a participé en 1997 à une intercomparaison avec le lidar mobile du NDSC conduit par le groupe NASA/GSFC. Elle a également participé à différentes campagnes de mesures (TIME, SESAME, MATCH) ou de validation (MSX, CRISTA II). 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

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 1997
lidar Rayleigh (temp.)
166
lidar ozone (stratosphère)
208
lidar aérosols
225
lidar vent
23
    lidar ozone (troposphère)
127
spectromètre SAOZ
359
spectrophotomètre Dobson
295
sondages ballon
68

Lidar température, aérosols et vapeur d'eau

Lidar ozone stratosphérique

En 1997, 206 mesures du profil vertical d'ozone ont été obtenues. Le domaine d'altitude des mesures se situe entre 10 km et environ 50 km d'altitude. L'hiver 1996-1997 a été marqué par la participation du lidar ozone stratosphérique de l'OHP à la campagne Match, qui a pour objectif de quantifier la destruction d'ozone consécutive à l'activation des composés chlorés par les nuages stratosphériques polaires dans le vortex arctique. Limitée aux régions arctiques dans un premier temps, cette étude s'intéresse aussi actuellement aux latitudes moyennes qui peuvent être également affectées par les processus de destruction d'ozone arctique du fait notamment de la dilution du vortex polaire au début du printemps. En 1997, le vortex arctique a été particulièrement stable et aucune intrusion polaire (déplacement du vortex à la latitude de l'OHP) n'a été observée.

Campagne d'intercomparaison NDSC

En Juillet 1997, une campagne d'intercomparaison organisée dans le cadre du NDSC (Network for the Detection of Stratospheric Change) s'est déroulée à l'OHP, impliquant les lidars ozone et température stratosphérique de l'OHP, ainsi que les mesures du profil vertical d'ozone par sondage ballon effectués sur le même site. La dernière comparaison avait eu lieu en été 1992 et avait été perturbée par la présence d'aérosols volcaniques dans la stratosphère.

Les autres instruments impliqués dans cette campagne incluaient :

D'autres instruments, comme le spectromètre micro-onde de Bordeaux, les sondes d'Hohenpeissenberg, le lidar ozone de Frascati et SAGE, étaient associés à cette campagne et seront utilisés pour aider à l'interprétation des comparaisons. Cette campagne, comme la précédente, était organisée sous l'égide du NDSC et donc, du 1er au 18 juillet, les équipes ont travaillé "en aveugle" comme le stipule le protocole. Une quinzaine de mesures lidar ont été obtenues durant cette période et les données ont été envoyées directement au "referee" de la campagne.

Un regard préliminaire sur ces comparaisons semble indiquer un bon accord. L'objectif est de publier les résultats avant la prochaine réunion du "steering commitee" du NDSC, qui aura lieu à l'île de La Réunion en Décembre 1998.

Etude de l'ozone troposphérique par lidar et par sondes embarquées

Une analyse des mesures effectuées depuis 10 ans à l'OHP (350 profils ballon Brewer-Mast et ECC de 1984 à 1995 et 350 profils lidar de 1990 à 1995) a permis de préciser l'évolution des tendances de l'ozone dans la troposphère. Une telle analyse suppose au préalable une étude des erreurs instrumentales conduite en deux temps, d'abord deux campagnes d'intercomparaison et puis une étude comparative des différentes séries de données disponibles pour l'OHP. Ces études montrent que les différences instrumentales pour des périodes comparables sont compatibles avec l'incertitude estimée des instruments (10% pour le lidar et les sondes de Brewer et 5% pour les sondes ECC). Ceci a permis d'estimer une tendance moyenne annuelle maximum de 0.8 ± 0.2 % /an sur l'ozone dans la troposphère libre pour le Sud de la France pendant les années 1980. Mais cette tendance devient nulle si l'on inclut le biais de 13% habituellement considéré pour les sondes Brewer-Mast utilisées avant 1985. En revanche une évolution de la variation saisonnière est observée avec le passage d'un maximum d'ozone au printemps à un maximum d'été, en accord avec une augmentation de l'influence de la source photochimique.

Enfin une tendance négative de 10% est observée au niveau de la tropopause pendant les années 1980, qui indiquerait que la décroissance de l'ozone dans la stratosphère polaire modifie aussi la distribution de l'ozone au niveau de la tropopause. L'ensemble de ces résultats a fait l'objet d'un article de synthèse sur les observations de l'OHP dans la troposphère [Ancellet and Beekmann, 1997].

Sondages ballons

Les sondages par capteurs embarqués sous ballons météo effectués à l'OHP ont bien entendu pour objectif principal d'obtenir un profil hebdomadaire d'ozone. Mais le matériel standard utilisé comporte aussi un capteur d'humidité. Jusqu'à une époque relativement récente, le profil d'humidité n'était pas exploité systématiquement. Depuis quelque temps, dans le cadre de la mise au point de la mesure "H2O" par lidar, nous sommes amenés à contrôler de plus près la qualité de la mesure d'humidité. Ainsi deux améliorations successives ont porté sur cette mesure. 

La première concerne l'algorithme de conversion des données de télémétrie en valeurs géophysiques dont la version la plus récente (05/94) a été implantée. Les données ont été reprises en ce qui concerne les valeurs de l'humidité, avec cet algorithme, depuis le 23 novembre 1995. L'amélioration s'est traduite par la disparition de certains points aberrants, en particulier il n'apparaît plus de valeurs négatives à haute altitude. 

La seconde étape d'amélioration de la mesure d'humidité a vu l'utilisation d'un modèle de capteur plus performant. Ces capteurs sont construits dans un polymère différent (dénommé H-polymer par le constructeur) et fournissent une mesure plus fiable. Ils sont utilisés systématiquement depuis le 29 Janvier 1997. 

Par ailleurs et toujours dans le but d'améliorer la qualité des mesures, nous avons entrepris l'évaluation de l'effet des corrections dites de radiation, de ventilation et de température virtuelle. Les premiers résultats montrent que l'amplitude de la correction est de l'ordre de 1%, ce qui était attendu. L'important est maintenant de montrer l'influence sur la qualité proprement dite de la mesure en utilisant des critères statistiques.

Plusieurs lancers de ballons ont été effectués pendant le premier trimestre dans le cadre de la campagne MATCH et les données transmises à la base de NILU.

Spectromètre Dobson

Le spectrophotomètre Dobson fonctionne tout au long de l'année, chaque fois que les conditions météorologiques sont favorables : en automatique, au lever et au coucher du soleil pour la détermination des profils verticaux de concentration de l'ozone et, avec l'intervention d'un opérateur, à plusieurs reprises dans la journée, pour les mesures de quantités intégrées d'ozone.

La récente informatisation du spectrophotomètre n'a pas encore apporté tout le confort escompté; en effet le nouveau logiciel de gestion du spectrophotomètre contient encore de nombreuses imperfections et nécessite des améliorations constantes. Nous pensons que d'ici quelques mois les principaux problèmes liés au système informatique devraient être résolus. Resteront alors les nombreuses pannes dues au vieillissement du spectromètre lui-même.

Malgré ces nombreuses pannes, 235 jours de mesures de quantités totales d'ozone sont utilisables pour l'année 1997. La qualité de ces mesures est toujours unanimement reconnue.

Les quantités d'ozone ainsi déterminées par le spectrophotomètre Dobson contribuent de différentes façons à la surveillance de la couche d'ozone et à la détermination de son évolution à long terme. Elles sont toujours utilisées très régulièrement dans le cadre du programme européen ESMOS pour une étude comparative des concentrations d'ozone mesurées dans les sites alpins, dans les campagnes de validation de GOME. Elles nous sont également demandées par un certain nombre d'organismes tels que l'Equipe de Recherches sur les Interactions entre le Rayonnement Solaire et l'Atmosphère (IRSA de Grenoble), le laboratoire de la météorologie solaire ou encore durant les mois d'été, le laboratoire de Chimie de l'Environnement de Marseille pour la mise en évidence d'une corrélation entre les quantités d'ozone et les incendies de forêts.

Spectromètre SAOZ

L'installation du spectromètre SAOZ à la station géophysique de l'OHP date de juin 1992. Depuis lors, il fonctionne quasi sans interruption et mesure deux fois par jour, au crépuscule, les quantités colonnes stratosphériques d'ozone et de NO2, pour l'étude des tendances séculaires des deux constituants. En juin 1995, l'instrument a été modifié pour doubler l'échantillonnage spectral et par là même augmenter la précision de mesure. Depuis cette date aucune modification n'a été apportée à l'instrument qui donne toute satisfaction.

Dans le cadre d'un projet européen, SCUVS-3, une campagne d'évaluation et de comparaisons de spectromètres uv-visible avait été organisée à l'OHP au mois de juin 1996 à laquelle avaient participé une dizaine d'instituts internationaux. Cette campagne était soutenue également par le réseau NDSC. L'équipe scientifique a analysé les données obtenues durant cette campagne et participé aux ateliers de travail y faisant suite. En particulier, une étude précise de l'influence des profils verticaux d'ozone et de NO2 sur l'évaluation des AMF (Air Mass Factors) utilisés par le spectromètre au sol. En effet, durant la campagne, deux profils verticaux d'ozone et de NO2 ont été obtenus avec la sonde SAOZ embarquée sous ballon stratosphérique et des profils quasi-journaliers d'ozone ont été obtenus avec des sondes ECC lancées depuis l'OHP ou GAP. De plus, des conditions météorologiques variées durant la campagne ont permis d'étudier l'influence de pluies abondantes au moment du crépuscule sur la mesure de la colonne verticale d'ozone et de NO2 et d'optimiser les algorithmes de traitement de certains instruments; il a été montré que la sensibilité des mesures SAOZ à la pluie était inférieure à 3%.

En 1997, le SAOZ a participé à plusieurs programmes scientifiques: la validation de l'instrument satellitaire GOME-ERS2 de l'ESA ainsi que celle de l'instrument TOMS sur Earth Probe et la suite de la campagne Européenne SESAME sur la réduction d'ozone à moyenne latitude.

Le spectromètre de l'OHP fait partie du réseau SAOZ, sélectionné par l'ESA pour la validation de l'instrument GOME-ERS2. Les données, transmises régulièrement à la base de données de GOME depuis juillet 1995, ont permis d'améliorer l'algorithme d'inversion et les résultats de validation ont été présentés lors de congrès internationaux en Italie, en Suède et aux Etats-Unis.

L'instrument SAOZ a participé également à la suite de campagne SESAME. Les résultats d'observations ont été transmis de façon hebdomadaire à la banque de données Européenne au NILU en Norvège.

Lidar Vent

Le Lidar Doppler de l'OHP a fonctionné sur la base de 2 nuits de mesures par semaine pour un total de 75 nuits de janvier à septembre. Le traitement de toutes les mesures effectuées depuis février 1994 a permis d'établir une première climatologie du vent moyen horizontal dans la stratosphère et les résultats ont été présentés au Workshop WINDS'97 d'octobre 1997 à Ann Arbor (Université du Michigan). A court terme, une campagne spécifique de mesures communes Lidar-Radar ST est prévue. A plus long terme, une plus grande densité de mesures simultanées Lidar Vent et Température prévue pendant l'hiver 97-98 devrait permettre l'étude des ondes planétaires et des échauffements stratosphériques, principales causes de variabilité à quelques jours de la stratosphère d'hiver aux latitudes moyennes.

Radar ST

Pour le radar ST de l'OHP, une nouvelle antenne (co-co) a été construite par le Service d'Aéronomie et installée au mois de mars sur le terrain. Le récepteur (conçu par le LSEET de l'Université de Toulon) a été modifié (mai 1997) afin de pouvoir être piloté par un générateur de fréquence externe. Le personnel de la station de l'OHP, formé au fonctionnement du radar, est en mesure de démarrer l'instrument et de diagnostiquer d'éventuels problèmes. Cette remise à niveau complète de l'instrument a augmenté la simplicité de mise en oeuvre et la fiabilité, permettant d'envisager un fonctionnement routinier. Il est prévu (courant 1998) de passer à 5 faisceaux.

En 1997, l'instrument a fonctionné 35 jours répartis sur plusieurs campagnes. Il est prévu, en 1998, de faire fonctionner le radar, de manière plus systématique, simultanément avec les lidars ozone tropo-sphérique, température et vapeur d'eau, afin de constituer une base de données troposphérique.

Formation à la station Géophysique

En 1997, la Station Géophysique a accueilli des étudiants dans le cadre de 3 formations différentes :


Publications dans les revues à comité de lecture

01
 
 
ANCELLET G. and BEEKMANN M.
Evidence for changes in the ozone concentrations in the free troposphere over Southern France from 1976 to 1995.
1997, Atmos. Environ. 31, 2835-2851.
02
 
 
 
 
BEEKMANN M., ANCELLET G., BLONSKY S., DE MUER D., EBEL A., ELBERN H.,
HENDRICKS J., KOWOL J., MANCIER C., SLADKOVIC R., SMIT H.G.J., SPETH P.,
TRICKL T. and VAN HAVER P.

Regional and global tropopause fold occurrence and related ozone flux across the tropopause.
1997, J. Atmos. Chem. 28, 29-44.
03
 
 
 
GIBSON-WILDE D.E., VINCENT R.A., SOUPRAYEN C., GODIN S., HERTZOG A.
and ECKERMANN S.D.

Dual lidar observations of mesoscale fluctuations of ozone and horizontal winds.
1997, Geophys. Res. Lett. 24, 1627-1630.
04
 
 
 
 
HOISKAR B.A.K., DAHLBAK A., VAUGHAN G., BRAATHEN G.O., GOUTAIL F.,
POMMEREAU J.P. and KIVI R.

Interpretation of ozone measurements by ground-based visible spectroscopy - a study of seasonal dependence of airmass factors for ozone on climatology data.
1997, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer 57, 569-579.
05
 
 
LEBLANC T. and HAUCHECORNE A.
Recent observations of mesospheric temperature inversions.
1997, J. Geophys. Res. 102, 19471-19482.
06
 
 
 
SARKISSIAN A., VAUGHAN G., ROSCOE H.K., BARTLETT L.M., O'CONNOR F.M.,
DREW D.G., HUGHES P.A. and MOORE D.

Accuracy of measurements of total ozone by a SAOZ ground-based zenith-sky visible spectrometer
1997, J. Geophys. Res. 102, 1379-1390.
07
 
 
 
VAN ROOZENDAEL M., DE MAZIERE M., HERMANS C., SIMON P.C., POMMEREAU J.P.,
GOUTAIL F., TIE X.X., BRASSEUR G.P. and GRANIER C.

Ground-based observations of stratospheric NO2 at high and mid-latitudes in Europe after the Mount Pinatubo eruption
1997, J. Geophys. Res. 102, 19171-19176.
08
 
 
 
 
 
 
VAUGHAN G., ROSCOE H.K., BARTLETT L.M., O'CONNOR F.M., SARKISSIAN A.,
VAN ROOZENDAEL M., LAMBERT J.C., SIMON P.C., KARLSEN K.,
KASTAD HOISKAR B.A., FISH D.J., JONES R.L., FRESHWATER R., POMMEREAU J.P.,
GOUTAIL F., ANDERSEN S.B., DREW D.J., HUGHES P.A., MOORE D., MELLQVIST J.,
HEGELS E., KLUPFEL T., ERLE F., PFEILSTICKER K. and PLATT U.

An intercomparison of ground-based UV-visible sensors of ozone and NO2
1997, J. Geophys. Res. 102, 1411-1422.


Présentations dans les congrès avec actes et publications diverses

09
 
 
 
 
 
 
 
BEEKMANN M., ANCELLET G., BLONSKY S., DE MUER D., EBEL A., ELBERN H.,
HENDRICKS J., KOWOL J., MANCIER C., SLADKOVIC R., SMIT H.G.J., SPETH P.,
TRICKL T. and VAN HAVER P.

TOR task group 3b: stratosphere-troposphere exchange. Regional and global tropopause folding occurrence.
1997, Transport and Chemical Transformation of Pollutants in the Troposphere, Vol 1: Clouds, Aerosols, Modelling and Photo-oxidants, (Proceedings of EUROTRAC Symposium '96, Garmisch-Partenkirchen, Germany, 25-29 March 1996), Borell P.M., Borrell P., Kelly K., Cvitas T., and Seiler W. (ed.), Computational Mechanics Publications, 841-842.
10
 
 
 
BRION T., CHAKIR A., COQUART B., DAUMONT D., JENOUVRIER A., MALICET J.
and MERIENNE M.F.

High-resolution measurements of the absorption cross-sections for O3 and NO2.
1997, Chemical processes in atmospheric oxidation, Le Bras G. (ed.), Springer Verlag, 157-161.
11
 
 
 
 
 
GELMAN M.E., RAMASWAMY V., ANGELL J., BARNETT J., CHANIN M.L., CHRISTY J.,
COY L., CULLUM D., KECKHUT P., KOSHELKOV Y., LABITZKE K., LIN J.J., LONG C.S.,
MILLER A.J., NASH J., O'NEILL A., OORT A., RANDEL W., SHINE K.P. and SWINBANK R.

Stratospheric temperature trends derived from SPARC datasets.
1997, Proceedings of the 1st General Assembly of theWCRP project on "Stratospheric Processes and their Role in Climate (SPARC)", Melbourne, Australia, 2-6 December 1996. WCRP-99. WMO/TD-n° 814, WMO, 153-156.
12
 
 
 
GRAY L.J., VAUGHAN G., ANCELLET G., HAYNES P.H., ELBERN H. and WIRTH V.
Transport of Ozone And Stratosphere Troposphere Exchange (TOASTE-C).
1997, European stratospheric ozone research 1996-1997. Air Pollution Research Report 59, Amanatidis G.T. and Harris N.R.P. (ed.), European Commission, 75-78.

13
 
 
 
 
JORGENSEN T.S., GOUTAIL F., TELLEFSEN C.W., VAN ROOZENDAEL M., GIL M.,
BURROWS J., JONES R.L., ROSCOE H.K., KYRO E., LENOBLE J. and BALDY S.

Stratospheric climatology using UV-visible spectroscopy-3 (SCUVS-3).
1997, European stratospheric ozone research 1996-1997. Air Pollution Research Report 59, Amanatidis G.T. and Harris N.R.P. (ed.), European Commission, 31-34.

14
 
 
 
 
KYRO E., STEFANUTTI L., STEIN B., WOLF J.P., MITEV V.M., VISCONTI G., ISAKSEN I.,
GODIN S., AGOSTINI P., ADRIANI A., CALPINI B. and BRAATHEN G.

Stratospheric Aerosols and Ozone in Northern and Southern Hemisphere (SAONAS).
1997, European stratospheric ozone research 1996-1997. Air Pollution Research Report 59, Amanatidis G.T. and Harris N.R.P. (ed.), European Commission, 35-38.

15
 
 
 
 
 
LATTUATI M., BEEKMANN M. and ANCELLET G.
Lagrangian modelling and applications to the CEE/BOA campaign.
1997, Transport and Chemical Transformation of Pollutants in the Troposphere, Vol 1: Clouds, Aerosols, Modelling and Photo-oxidants, (Proceedings of EUROTRAC Symposium '96, Garmisch-Partenkirchen, Germany, 25-29 March 1996), Borell P.M., Borrell P., Cvitas T., Kelly K. and Seiler W. (ed.), Computational Mechanics Publications, 647-648.

16
 
 
 
 
 
 
PAPAYANNIS A., ANCELLET G., BARBINI R., BOESENBERG J., CALPINI B., DIEHL W.,
DEL GUASTA M., MILTON M. and TRICKL T.

Large-scale european network of laser remote sensing facilities for environmental and industrial monitoring of toxic and global change related trace gases (HCM lidar network).
1997, Advances in Atmospheric Remote Sensig with Lidar. Proceedings of the 18th International Laser Radar Conference (ILRC), Berlin, Germany, 22-26 July 1996, Ansmann A., Neuber R., Rairoux P. and Wandinger U. (ed.), Springer Verlag, 431-434.

17
 
 
 
POMMEREAU J.P.
Chimie de la stratosphère: Conclusions et recommandations.
1997, Séminaire sur les perspectives scientifique et technique à moyen terme en matière de Ballons, Orléans, France, 21-23 mai 1997, Cnes (ed.), 11-16.

18
 
 
 
POMMEREAU J.P., PYLE J.A., HARRIS N.R.P. and ADRIANI A.
Stratospheric Regular Soundings (SRS).
1997, European stratospheric ozone research 1996-1997. Air Pollution Research Report 59, Amanatidis G.T. and Harris N.R.P. (ed.), European Commission, 59-62.

19
 
 
 
POMMEREAU J.P.
The role of balloons during the third European ozone campaign in 1988-1989.
1997, Proceedings of the 13th Symposium on European Rocket and Balloon Programmes and Related Research, Oland, Sweden, 26-29 may 1997. ESA SP-397, 217-221.

20
 
 
 
 
SIMON P., ROLAND G., GODIN S., DE LA NOE J., JAGER H., PETER R, VISCONTI G. and
BROGNIEZ C.

European stratospheric monitoring stations in the Alps II (ESMOS/ALPS II) simon.
1997, European stratospheric ozone research 1996-1997. Air Pollution Research Report 59, Amanatidis G.T. and Harris N.R.P. (ed.), European Commission, 27-30.

21
 
 
 
 
 
SOUPRAYEN C., GARNIER A., HERTZOG A., HAUCHECORNE A., GODIN S. and PORTE-NEUVE J.
Doppler wind lidar in the stratosphere: sensibility to high Mie scattering and self-correction.
1997, Advances in Atmospheric Remote Sensig with Lidar. Proceedings of the 18th International Laser Radar Conference (ILRC), Berlin, Germany, 22-26 July 1996, Ansmann A., Neuber R., Rairoux P. and Wandinger U. (ed.), Springer Verlag, 267-270.

22
 
 
 
 
 
 
 
 
STEINBRECHT W., JAGER H., ADRIANI A., DI DONFRANCESCO G., BARNES J.,
BEYERLE G., NEUBER R., DAVID C., GODIN S., DONOVAN D., CARSWELL A.I., GROSS M.,
MCGEE T., MASCI F., D'ALTORIO A., RIZI V., VISCONTI G., MCDERMID I.S., MEGIE G.,
MIELKE B., STEIN B., WEDEKIND C., NAGAI T., UCHINO O., NAKANE H., OSBORN M. and
WINKER D.

NDSC intercomparison of stratospheric aerosol processing algorithms.
1997, Advances in Atmospheric Remote Sensig with Lidar. Proceedings of the 18th International Laser Radar Conference (ILRC), Berlin, Germany, 22-26 July 1996, Ansmann A., Neuber R., Rairoux P. and Wandinger U. (ed.), Springer Verlag, 501-504.

23
 
 
 
ZEREFOS C., FABIAN P., POMMEREAU J.P. and ISAKSEN I.
Photochemical Activity and solar Ultraviolet Radiation (PAUR).
1997, European stratospheric ozone research 1996-1997. Air Pollution Research Report 59, Amanatidis G.T. and Harris N.R.P. (ed.), European Commission, 127-130.


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