projet de soere rosea reseau d`observatoires pour la surveillance et

PROJET DE SOERE
ROSEA
RESEAU D’OBSERVATOIRES POUR LA
SURVEILLANCE ET L’EXPLORATION
DE L’ATMOSPHERE
1
Nom du SOERE : ROSEA
Réseau d'Observatoires pour la Surveillance et l'Exploration de l'Atmosphère
Nom du Responsable :
Martial HAEFFELIN, Ingénieur de Recherche (IR1), Directeur du SIRTA.
Institut Pierre-Simon Laplace, LMD/IPSL Ecole Polytechnique, 91128 Palaiseau Cedex.
Tél : 01 6933 5159 ; mail : [email protected]
Martial HAEFFELIN est docteur en physique atmosphérique (Université de Lille) et génie mécanique
(Virginia Tech), actuellement Ingénieur de Recherche (IR1) au CNRS au sein de l'Institut PierreSimon Laplace; Directeur scientifique et technique du SIRTA à Palaiseau (Ecole Polytechnique).
Vingt ans d'expérience dans l'étude du rayonnement atmosphérique, des interactions entre nuages et
rayonnements et de l'observation atmosphérique à partir du sol et de l'espace (50 publications
scientifiques sur le sujet). Il a exercé ses recherches au Laboratoire d'Optique Atmosphérique de Lille,
au Virginia Polytechnique Institute and State University - USA, à l’Office National d'Etude et de
Recherche Aérospatiale, au National Aeronautic and Space Administration, Langley Research Center USA, et au Laboratoire de Météorologie Dynamique – Palaiseau.
Co-responsable :
Aurélie COLOMB, Maître de conférences, détachée physicien-adjoint
Laboratoire de Météorologie Physique(LaMP) / Observatoire de physique du Globe de ClermontFerrand (OPGC), Campus des Cézeaux, 63177 Aubière.
Tel : 04 73 40 50 93, mail : [email protected]
Aurélie COLOMB est docteur en chimie de la pollution atmosphérique et physique de
l’environnement (Université Joseph Fourier), actuellement maître de conférence à l’université Blaise
Pascal, et détachée en tant que physicien-adjoint à l’OPGC; Responsable scientifique du site labellisé
Cézeaux-Opme-puy de Dôme (CO-PDD) ;
Douze ans d’expérience dans l’étude de la chimie troposphérique, tout particulièrement sur l’étude des
composés organiques volatils et des espèces azotées. Elle a exercé ses recherches au Groupe de
Recherche sur l’Environnement et la Chimie Atmosphérique, en lien avec le laboratoire de glaciologie
et de géophysique de l’environnement, au Max Planck Institut de Mayence, au Laboratoire
Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques et au Laboratoire de Météorologie Physique.
Laboratoire porteur :
Institut Pierre Simon Laplace, IPSL, FR636
Université Pierre et Marie Curie, 4 Place Jussieu, 75252 Paris Cedex 05
Tel-Fax : 0144278442
Laboratoires impliqués :
• Laboratoire de Météorologie Physique (LaMP), UMR 6016, 24 avenue des Landais, 63177
Aubière, 04 73 40 73 73,
• Laboratoire d’Aérologie (LA), UMR5560, 14 av. E.Belin 31400 Toulouse, +33 (0)561332768
Géosciences Environnement Toulouse (GET), UMR5560, 14 av. E.Belin 31400 Toulouse,
+33 (0)561332606
• Laboratoire de l’Atmosphère et des cyclones (LACY, UMR 8105), Université de la Réunion, 15
avenue René Cassin - BP 7151, 97715 Saint-Denis Messageries Cedex 09
• Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS: UMR8190,
http://www.latmos.ipsl.fr)- Institut Pierre-Simon Laplace (IPSL: FR 636, http://www.ipsl.fr),
Établissement(s) ou Organisme(s) de rattachement :
INSU : Institut National des Sciences de l’Univers du CNRS
OMP : Université Paul Sabatier, Toulouse
OPAR : Université de la Réunion, Saint-Denis
OPGC: Université Blaise Pascal, Clermont-Ferrand
OVSQ: Université Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines, Guyancourt
Commission d’évaluation scientifique thématique dans laquelle vous proposez que votre projet soit
2
évalué : OA : Océan & Atmosphère √
Table des matières
I. DESCRIPTION DU SOERE ............................................................................................................................ 4
I.1 PRESENTATION SYNTHETIQUE DU SYSTEME D’OBSERVATION ....................................................................... 4
I.2 L’EXISTANT .................................................................................................................................................. 7
I.3 THEMES SCIENTIFIQUES TRANSVERSES DE ROSEA ..................................................................................... 10
I.3.1 Eau atmosphérique.............................................................................................................................. 10
I.3.2 Changements atmosphériques et climatiques à long terme................................................................. 11
I.3.3 Evénements notables et extrêmes à grande échelle............................................................................. 14
I.4. CHANTIERS TECHNIQUES INSTRUMENTAUX TRANSVERSES ......................................................................... 15
I.5 STRATEGIE, PROTOCOLE DE MESURE, DEMARCHE QUALITE QC/QA ............................................................ 17
I.6 ARCHIVAGE, MISE A DISPOSITION ET VALORISATION DES DONNEES VALORISATION .................................... 19
I.6.1 Archivage et mise à disposition des données ...................................................................................... 19
I.6.2 Valorisation des données de ROSEA................................................................................................... 20
I.7 ENSEIGNEMENT, FORMATION, DIFFUSION DE LA CULTURE SCIENTIFIQUE ..................................................... 23
I.8 OUVERTURE ET INSERTION DU SYSTEME D’OBSERVATION .......................................................................... 24
I.9 GOUVERNANCE ET ANIMATION SCIENTIFIQUE .............................................................................................. 26
II : MOYENS AFFECTES................................................................................................................................. 27
II.1 MOYENS FINANCIERS RECURRENTS ............................................................................................................ 27
II.1.1 Moyens récurrents existants............................................................................................................... 27
II.1.2 Moyens récurrents demandés............................................................................................................. 28
II.1.3 Demande d’Equipement..................................................................................................................... 28
II.2 RESSOURCES HUMAINES ............................................................................................................................. 29
II.2.1 Moyens humains existants.................................................................................................................. 29
II.2.2 Moyens humains supplémentaires ..................................................................................................... 29
ANNEXES ........................................................................................................................................................... 31
ANNEXE 1....................................................................................................................................................... 31
SCIEN 1. 1 Analyseur PICARRO Isotopes de l’Eau.................................................................................... 31
SCIEN 1.2 Cluster MS ................................................................................................................................. 32
SCIEN 1.3 Emetteur Klystron pour Radar Nuage Doppler..................................................................... 33
SCIEN 1.4 Démonstrateur GRUAN............................................................................................................. 34
SCIEN 2.1 Automatisation et surveillance du fonctionnement des lidar de l’OHP..................................... 35
SCIEN 2.2 Jouvence du lidar ozone troposphérique de l’OHP................................................................... 36
SCIEN 2.3 Plateforme régionale de mesure des GES à l’OAP ................................................................... 37
SCIEN 2.4 Echantillonneur automatique de COV....................................................................................... 38
SCIEN 2.5 Convertisseur photolytique NO2 ............................................................................................... 39
SCIEN 2.6 Jouvence du spectromètre automatique Dobson de l’OHP ...................................................... 40
TECH 1.1 Composants pour jouvence des radars profileurs de vent.......................................................... 41
ANNEXES 2 .................................................................................................................................................... 42
Personnel SIRTA ......................................................................................................................................... 42
Personnel CO-PDD..................................................................................................................................... 43
Personnel OPAR.......................................................................................................................................... 44
Personnel OAP ............................................................................................................................................ 45
Personnel OHP............................................................................................................................................ 46
3
I. DESCRIPTION DU SOERE
I.1 Présentation synthétique du Système d’Observation
Cinq observatoires de recherche atmosphérique français (SIRTA (Site Instrumental de
Recherche par Télédétection Atmosphérique)), CO-PDD (Cézeaux-Opme-Puy De Dôme), OPAR
(Observatoire de Physique de l’Atmosphère de la Réunion), OHP (Observatoire de Haute Provence),
OAP (Observatoire Atmosphérique des Pyrénées)) proposent de coordonner certaines de leurs
activités à travers des chantiers scientifiques et techniques afin de développer une mise en réseau au
niveau national dans le cadre du SOERE ROSEA : Réseau d'Observatoires pour la Surveillance et
l'Exploration de l'Atmosphère.
Ces cinq observatoires multi-instrumentés sont des lieux de convergence de l’observation
atmosphérique scientifique pour la recherche sur les processus physiques et chimiques depuis la
surface, dans la couche limite, la troposphère libre, ainsi que la stratosphère. Ils accueillent des
services d’observation de l’atmosphère nationaux et internationaux ; ils accueillent également des
campagnes de mesures et soutiennent l’enseignement expérimental sur l’atmosphère et le climat. Ces
cinq observatoires sont des structures établies, fonctionnant grâce à des équipes dédiées et
expérimentées. Ils sont soutenus par une communauté scientifique nationale et internationale. Deux
observatoires (SIRTA et CO-PDD) sont déjà labellisés comme « sites d’expérimentation nationaux ».
OPAR et OHP disposent d’Unités Mixtes de Service dédiées. OAP est rattaché à l’Observatoire MidiPyrénées. Le réseau ROSEA est également ouvert à des observatoires atmosphériques dont les
finalités scientifiques et les techniques mises en œuvre sont proches (par ex. Site ANDRA de l’OPE à
Bure, site du Cap Corse).
Figure 1 : Réseau ROSEA constitué des observatoires de recherche atmosphérique SIRTA (péri-urbain, région
parisienne), CO-PDD (2 sites couplés rural et moyenne altitude, Puy de Dôme), OHP (Observatoire de haute
Provence), OPAR (La Réunion), OAP (2 sites couplés rural et haute altitude, Observatoire du Pic du Midi).
Les observatoires ROSEA ont une triple fonction:
(1) Surveillance : des observations continues sur le long terme y sont réalisées pour la
surveillance de l’atmosphère et du climat. Les observatoires ROSEA ont pour fonction de
soutenir et d’accueillir des Services d’Observation thématiques (par ex. NDACC,
4
RAMCES, PAES, etc.) et de renforcer le dispositif d’Observation et d’Expérimentation. Ils
sont complémentaires aux réseaux de surveillance opérationnels (par ex. Météo-France,
ADEME, AASQA, INERIS, etc.)
(2) Exploration : les observatoires accueillent des campagnes de mesures scientifiques nationales
et internationales pour explorer les processus atmosphériques encore mal appréhendés ou
pour tester de nouveaux instruments. Les observatoires servent d'incubateur pour tester de
nouvelles méthodes de mesure, du fait de leur caractère multi-instrumental. C'est aussi un lieu
de rencontre de communautés scientifiques diverses (physiciens – chimistes, télédétection –
mesures in-situ, radaristes – lidaristes, observateurs – modélisateurs).
(3) Soutien à l’enseignement : les observatoires permettent la réalisation de travaux
d’enseignement expérimental et projets sur le terrain, dans le cadre de formations
universitaires ou de grandes écoles dans les sciences du climat et de l’environnement.
STATIONS
NDACC
Lidars,
SAOZ, BrO
Sondages,Do
bson, UV
OHP
Gaz réactifs
in-situ
dont PAES
Aérosols
(ORAURE) dont
EARLINET
CO2, CH4 Continu
(CRDS(demande en
cours)
CO, O3,
MTO
Lidar aérosol
photomètre
CO2, CH4, N2O, CO, SF6,
H2 Continu (Saclay) (GCCRDS)
SIRTA
Lidars, SAOZ,
Sondages,
CO2, CH4 Continu (CRDS)
FTIR, UV,
microondes
OPAR
CO2-CH4 N2O, CO, SF6,
H2, δ18O et δ13C du CO2
(flacons)
Continu+ prélèvements
flacons ((IR-GC)
CO-PDD
OAP
GES
dont RAMCES/ICOS
Dobson,
microondes
GES prélèvements flacons
(Pic du Midi)
CO2, CH4, N2O, CO, SF6,
H2 δ18O et δ13C du CO2
(mât Lanz)
C-WINDE AUTRE RÉSEAU
Radar
VHF
PHOTONS
CO, O3,
MTO
Lidar aérosol
Mesures in situ:
optiques, micro
physiques chimiques
Radar
UHF
BSRN
CLOUDNET
EARLINET
MWRNET
PHOTONS
RGP
CO, O3,
MTO
Lidar, photomètres
Radar
UHF
PHOTONS
SHADOZ
CO, O3,
NOx, SO2,,
MTO
Lidar
Mesures in situ:
otiques, micro
physiques, chimiques
Radar
VHF
Radar
UHF
PHOTONS
RENAG/RGP
OPERA
CO, O3,
MTO
Radar
VHF
Radar UHF
RENAG
EUROSPRITE
FLUXPYR
Tableau 1 : Service d’observations labellisés, nationaux ou internationaux utilisant les stations du
SOERE ROSEA et instruments existants opérés dans les stations pour les différents réseaux.
ROSEA est un incubateur d'actions thématiques transverses basées sur les équipements existant au
sein des observatoires et sur les compétences scientifiques des équipes de recherche et des laboratoires
associés aux stations. ROSEA propose de renforcer le dispositif de Système d’Observation et
d’Expérimentation sur trois thèmes où de nombreux verrous scientifiques persistent, et qui ne sont pas
couverts par les Services déjà labellisés. ROSEA propose de coordonner trois chantiers scientifiques
transverses : (1) Les observations sur l’eau atmosphérique (vapeur d’eau, nuages), un élément majeur
dans l’incertitude des rétroactions climatiques ; (2) une contribution française aux enregistrements
climatiques de haute qualité dans la troposphère et la basse stratosphère pour GCOS et GAW ; (3) une
5
surveillance de flux atmosphériques transfrontaliers entrants et sortants lors d’évènements majeurs
affectant le territoire national, par télédétection active et observatoires en altitude.
(1) L’eau atmosphérique (vapeur d’eau, nuages) est un élément majeur dans l’incertitude des
rétroactions climatiques. Les processus qui régissent son cycle de vie, ses interactions avec
les autres constituants, son rôle dans les échanges d’énergie, sont nombreux, complexes, et
difficiles à observer. Grâce aux observatoires multi-paramètres, ROSEA permettra de mieux
appréhender les processus nuageux dynamiques, radiatifs, microphysiques, chimiques et leurs
interactions.
(2) Tendances climatiques : le suivi de paramètres tels que la température et l’humidité sur la
colonne troposphérique et stratosphérique, le rayonnement solaire et infrarouge en surface,
les concentrations de certains composants de l’atmosphère comme les gaz réactifs (ozone,
CO,..) et à effet de serre et les aérosols, est nécessaire pour répondre aux exigences
climatiques dans le système d’observation globale. ROSEA coordonnera les observations
françaises existantes afin de contribuer aux enregistrements climatiques de haute qualité
des programmes Global Climate Observing System (GCOS) et du Global Atmosphere Watch
(GAW).
(3) Surveillance des évènements notables : régulièrement des évènements importants de
transports atmosphériques créent des conditions extrêmes sur le territoire national (poussières
désertiques et volcaniques, aérosols de biomasse, pénétration de masse d’air polaire, …).
Grâce aux observatoires en altitude, et à la télédétection active, ROSEA surveillera les flux
atmosphériques entrants et sortants lors d’évènements majeurs affectant le territoire
national,
ROSEA propose également de coordonner des chantiers « techniques » transverses. L’objectif de
ces chantiers techniques, basés sur des groupes de travail réunissant les ingénieurs et chercheurs des
différentes stations, est de mutualiser un certain nombre de compétences existantes, d’approches
expérimentales et de méthodologies. Les chantiers techniques se déclinent sur quatre grands axes :
1. La démarche qualité (Section 4) comprend la stratégie d’observation, les protocoles de
mesures, les contrôles de la qualité des données et l’algorithmique. C’est un domaine où le
partage du savoir est essentiel. La démarche qualité passe par l’intercomparaison de méthodes
non seulement au niveau national mais aussi au niveau international.
2. Chantiers instrumentaux (Section 5): on peut définir deux catégories d’instruments, ceux
développés et commercialisés par des industriels et ceux développés par les laboratoires.
Parmi ces derniers, des expertises très spécifiques sur les lidars, radars et radiomètres peuvent
être mutualisées. Pour les instruments commerciaux, l’expertise à partager concerne surtout la
maintenance des instruments, leur amélioration en collaboration avec le constructeur et
l’algorithmique.
3. Gestion des données (Section 6): la gestion de données uniques, irremplaçables, comprend
de nombreuses étapes de l’acquisition à la distribution, en passant par le stockage, formatage,
indexage, visualisation, etc. Le savoir-faire pourra être partagé entre les experts des
observatoires, mais également avec ceux de centre de données nationaux. Un travail
d’harmonisation sera également fait sur l’exploitation des données pour la validation satellite
et l’évaluation de modèles atmosphériques.
4. Enseignement (Section 7) et valorisation (Section 9): il s’agit notamment de formations
transverses de personnels techniques, de coordination d’enseignement expérimental, mais
également d’animation scientifique coordonnée (Section 10).
6
I.2 L’existant
Ce SOERE ROSEA (Réseau d'Observatoires pour la Surveillance et l'Exploration de l'Atmosphère) est
composé de cinq observatoires de recherche atmosphérique français (SIRTA, CO-PDD, OPAR, OHP,
OAP) existants.
Le SIRTA – Plateau de Saclay (Site Instrumental de Recherche par Télédétection Atmosphérique)
est localisé en région parisienne (48.7°N, 2.2°E).
Le SIRTA est un observatoire de recherche atmosphérique de l’Institut Pierre Simon Laplace
(Fédération de Recherche CNRS – FR636). Le SIRTA – Plateau de Saclay est composé d’un site
multi-instrumenté situé sur l’Ecole Polytechnique (Palaiseau) et d’une station de mesure de gaz à
effet de serre (CO2, CH4, CO, N2O, SF6, radon) située au CEA (Gif-sur-Yvette ; SO
RAMCES/ICOS). Le SIRTA est dédié à la recherche sur les processus physiques et chimiques de
l’atmosphère – en particulier ceux associés au cycle de vie des nuages dans la couche limite
atmosphérique et la troposphère libre. Le SIRTA a pour triple mission de (1) contribuer à la
surveillance de l’atmosphère en donnant accès à des longues séries d’observation
(AERONET/PHOTONS, BSRN, CLOUDNET, EARLINET, MWRNET, RAMCES/ICOS,
RGP/RENAG). (2) Offrir l’accès à des plateformes d’observation pour la réalisation de
campagnes de mesures dans un environnement riche en observation, propice aux synergies
instrumentales, et de tests d’instruments. (3) Permettre la réalisation de travaux et projets
d’enseignements expérimentaux dans des formations en physique de l’atmosphère. Le jeu
d’observation SIRTA comprend également des mesures réalisées à proximité, comme les
radiosondages réalisés quotidiennement par Météo-France à Trappes – 15km.
Le site du SIRTA à Palaiseau
(Ecole Polytechnique)
http://sirta.ipsl.polytechnique.fr
Le CO-PDD (Observatoire Cézeaux-Opme-Puy De Dôme) est localisé en Auvergne. C’est un site de
moyenne altitude, avec une alternance de masse d’air océanique (fond) et continentale (polluée)
Le CO-PDD est un SO labellisé par l’INSU depuis 2006. Il est intégré à l’Observatoire de Physique
du Globe de Clermont-Ferrand (OPGC). Il fournit des données pour les réseaux nationaux
(OPERA, MERA, PAES, RAMCES) et internationaux (EMEP, GAW, AERONET). Certaines
mesures in situ à la station du puy de Dôme CO-PDD sont en place depuis 15 ans (ozone et
paramètres météorologiques, depuis 1995) et la plupart de ces instruments sont installés depuis 5
ans (gaz à effet de serre CO2) à 10 ans (carbone suie). Le radar profileur de vent est opérationnel et
en fonctionnement continu sur le site d’Opme depuis 1999. Les radars précipitation en bande X et
le MRR à tir vertical sont en opération continue depuis fin 2006, (cf. Tableau). La station a fait
partie du projet européen EUSAAR ces quatre dernières années, lui permettant de maintenir les
mesures aérosol in situ aux standards internationaux et de nourrir la base de données européenne
EBAS. Ces mesures seront en partie assurées dans les quatre prochaines années dans le cadre du
projet infrastructure européen ACTRIS, ainsi qu’une partie de la maintenance du LIDAR et de
nouvelles mesures de composés organiques volatils (COV). La mise à niveau de l’observatoire
GES aux standards ICOS est prévue dans le courant de l’année 2011.
7
Le chalet de l’observatoire
atmosphérique du Puy de Dôme
http://wwwobs.univbpclermont.fr/SO/mesures/
L’OPAR (Observatoire de Physique de l’Atmosphère de la Réunion) conduit des observations
stratosphériques et troposphériques (chimie et dynamique) visant au suivi de l’évolution de la
composition de l’atmosphère dans l’Hémisphère Sud. Ce site est idéalement localisé pour l'étude des
transports à travers les barrières dynamiques stratosphériques, les échanges stratosphère-troposphère et
la convection tropicale. La troposphère libre peut être soumise à l'influence des gaz émis par les
brulages de biomasse d'Afrique, Amérique et Asie du Sud Est et transportés à grande distance. Il
fournit des données pour les réseaux internationaux (NDACC, AERONET, SHADOZ, GAW, CWINDE, WWLLN), une validation spatiale et un support à la recherche. Un suivi de la concentration
en CO2 et CH4 a récemment été initié (opérationnel depuis l’été 2010) dans le cadre d’une future
station associée au réseau ICOS.
Un lidar de l’OPAR et vue de synthèse de la future station
d’observation de l’atmosphère du Maïdo (2200 m)
http://opar.univ-reunion.fr
L’OHP (Observatoire de haute Provence, Station Gérard Mégie) participe de puis plus de 20 ans au
suivi de l’ozone dans l’UTLS et des paramètres associés dans le cadre du réseau international NDACC
dont la station de l’OHP fut la station pilote. Pour cette raison un bâtiment spécifique a été construit :
la station Gérard Mégie (SGM). D’autres mesures systématiques sont aujourd’hui réalisées dont
certaines sont associées aux autres réseaux nationaux (Photon, PAES). Compte tenu de la qualité du
ciel de Provence, une forte activité de validation de capteurs spatiaux est réalisée. Le transport à
longue distance dans la haute troposphère est particulièrement étudié du fait des instruments profileurs
installés sur le site. Les activités recherche de l’équipe historique luminance du ciel nocturne ont été
regroupées avec celle de la SGM. Aujourd’hui des études spécifiques de la dynamique de la moyenne
atmosphère, et des nuages de glace (cirrus) sont menées. Des stages de formation 3ième cycle (SIMO,
ENS) et doctorale (ERCA) sont organisés de manière récurrente à la station SGM. La SGM est
associée avec le site du Plateau de Bures (situé à 80 km au nord est) ou seront installés une partie des
instruments de mesures in-situ (notamment aérosols) afin d'être à une altitude suffisante (2700m) pour
être représentative de la concentration de fond.
8
La station atmosphérique Gérard
Mégie à l’Observatoire de Haute
Provence
http://sosgm.obs.uvsq.fr
L’OAP (Observatoire Atmosphérique des Pyrénées)
regroupe les stations du site instrumenté de Lannemezan (600 m) sur le piémont pyrénéen, et du Pic
du Midi de Bigorre (2877 m) à 28 km de là, en bordure nord de la chaîne Pyrénéenne. L’OAP produit
des observations atmosphériques continues et de longue durée de composition atmosphérique (gaz
réactifs et à effet de serre, aérosols), de dynamique (profileurs de vent et mât instrumenté) et
d’électricité atmosphérique, dans le cadre de services d’observation pour la plupart labellisés par
l’INSU (SO RAMCES, PAES, NDACC-France, RENAG). Les caractéristiques des sites et des
infrastructures OAP, et l’expertise scientifique présente offrent des possibilités uniques pour étudier la
dynamique de la couche limite et de la troposphère, les échanges plaine/montagne, la composition
chimique de l’atmosphère à grande échelle, le transport à longue distance et le lien aux sources, les
propriétés physico-chimiques des aérosols, et l’électricité atmosphérique. Dans le cadre du projet
GEOMON, le Pic du Midi en particulier a été identifié comme le site de mesure du territoire
métropolitain le moins influencé par les émissions européennes et le plus représentatif des masses
d’air océaniques. L’OAP participe à la fourniture de données pour des réseaux internationaux
(NDACC, AERONET, GAW, EMEP, C-WINDE).
Le Centre de Recherche
Atmosphériques de Lannemezan et
le Pic du Midi de Bigorre
http://www.aero.obs-mip.fr
9
I.3 Thèmes scientifiques transverses de ROSEA
I.3.1 Eau atmosphérique
PI impliqués : M. Haeffelin (IPSL), J.-L. Barray (LaCY), L. Deguillaume (LaMP), J.-C. Dupont
(IPSL), P. Keckhut (LATMOS), M. Lothon (LA), (LaMP), N. Montoux (LaMP), A. Protat (LATMOS),
P. Ricaud (LA), K. Sellegri (LaMP), J. Van Baelen (LaMP), Y. Pointin (LaMP), F. Vimeux (LSCE)
Les paramètres ayant un rôle prédominant dans les rétroactions radiatives du système climatique sont
l’humidité atmosphérique, les gradients thermiques adiabatiques, les nuages et l’albédo de
surface (Dufresne et Bony, 2008). Parmi ces paramètres, l’eau atmosphérique contribue de manière
dominante aux incertitudes des simulations climatiques associées à un doublement de CO2. De
multiples interactions encore mal appréhendées entre humidité, nuages et rayonnements – pour ne
citer qu’eux – complexifient grandement les prévisions du climat. La communauté de recherche sur le
climat, reconnaissant le lien entre incertitudes climatiques et complexité des processus
atmosphériques, a montré depuis une vingtaine d’années la nécessité de réaliser des observations colocalisées sur le long terme de paramètres thermodynamiques (température, humidité, vent), de
composants de l’atmosphère (gaz, aérosols, nuages) distribués sur toute la colonne atmosphérique de
la surface à la stratosphère, et de composantes radiatives associées.
Pour observer simultanément cet ensemble de paramètres et propriétés de l’eau atmosphérique, il faut
rassembler des capteurs capables d'observer une large gamme de types et de concentrations de
particules, mais également des capteurs sensibles aux mouvements dynamiques de l’atmosphère sur
des échelles très variables. Il faut être capable de quantifier les concentrations en molécules de vapeur
d'eau, de distinguer les particules d'eau et de glace constituant les nuages dont les tailles peuvent varier
d'un facteur 100, et d'identifier les grosses gouttelettes précipitantes. De plus, les mesures de la
composition isotopique des précipitations et de la vapeur d’eau en surface sont des atouts pour étudier
et comprendre les processus en cours. De même, il faut quantifier la turbulence au sein des
écoulements qui joue un rôle central dans le mélange et l’entraînement.
De plus, pour certaines propriétés comme la microphysique des nuages dont la restitution n’est pas
directe, on sait également qu’un instrument seul ne permet pas de fournir une description complète de
la colonne. Seule une approche « multi-capteurs » à partir de moyens de télédétection active
(lidar/radar-nuage) et passive (radiométrie), exploitant des domaines spectraux complémentaires
(visible, proche infrarouge, infrarouge thermique, micro-ondes et ondes acoustiques) et effectuant des
observations simultanées co-localisées permet d'accéder à ces propriétés et de réduire les incertitudes.
Les différentes campagnes de mesures intensives dédiées aux nuages nous ont permis de déterminer
les instruments les plus importants vis-à-vis des objectifs de recherche.
Les variations temporelles des propriétés à observer sont un autre aspect contraignant les observations.
La variabilité des propriétés nuageuses par exemple est extrêmement forte à toutes les échelles de
temps. Suivre les processus de formation et dissipation des nuages nécessite des observations à haute
résolution temporelle (1sec ou 1 min). A l’opposé, pour bien appréhender les variations saisonnières
ou inter annuelles de ces propriétés, il faut des observations routinières sur le long terme (>10 ans).
Un des verrous principaux est donc de déterminer quel degré de complexité doit être pris en
compte pour représenter les processus liés à l’eau atmosphérique dans les simulations
numériques, avec une incertitude acceptable et sans introduire de biais. Un autre verrou est la
difficulté d’observer ces processus de manière stable dans un environnement technique en pleine
évolution. La stratégie d’observation adoptée au niveau international pour améliorer la compréhension
des processus atmosphériques nécessite de rassembler sur des observatoires atmosphériques des
moyens d’observation divers et complémentaires. Ainsi le programme « Atmospheric Radiation
Measurement » (ARM), lancé par le Department of Energy américain au milieu des années 1990
(Ackerman and Stokes, 2003), a mis en place 4 observatoires atmosphériques ou « super sites »
10
regroupant des capteurs in-situ et moyens de télédétection pour sonder et suivre ces processus, et a
financé leurs exploitations par une communauté scientifique de spécialistes de l’observation et de la
modélisation du climat.
Malgré le rôle critique de l’eau atmosphérique dans le système climatique, il n’existe pas aujourd’hui
de service d’observation national organisé sur ce thème. On le comprend du fait de la complexité de la
surveillance à mettre en œuvre. Pour atteindre nos objectifs de documentation des processus liés à
l’eau atmosphérique, en prenant en compte les contraintes décrites ci-dessus, ROSEA propose
d’exploiter l’expertise de ses 5 observatoires et de mettre en place une stratégie d’observation et
d’exploitation selon cinq axes :
- Favoriser l’accueil d’instruments sur certains observatoires en fonction des thèmes prioritaires
(voir tableau ci-dessous) permettant la co-localisation de capteurs afin d’exploiter la
complémentarité des observations et une approche « multi capteurs »
- Définir de manière coordonnée les observations qui doivent être réalisées de manière
routinière ou continue sur de longues périodes de temps
- Soutenir la réalisation de campagnes d’observations intensives à durée limitée sur demande de
la communauté scientifique nationale ou européenne (par ex. ACTRIS)
- Exploiter les synergies entre télédétection active, télédétection passive et mesure in situ
- Mettre à disposition des données permettant une exploitation large par la communauté
scientifique française et internationale :
Thèmes sur l’eau atmosphérique
Etude des transports et échanges de vapeur d’eau à
l’UTLS – rôle des cirrus
Dynamique et colonne totale de vapeur d’eau
Monitoring des traînées de condensation (contrails) et
impact sur les cirrus et le rayonnement en surface
Caractérisation des propriétés macro et microphysiques des nuages pour évaluation dans les modèles
atmosphériques (NWP et GCM)
Etude des espèces chimiques dans l’eau
atmosphérique, et des communautés microbiennes au
sein des gouttes de nuage d’altitude intermédiaire
Etude des processus physiques et chimiques dans le
cycle de vie du brouillard et nuages bas: interactions
gaz/aérosol/nuages
Etude des flux d’énergie et de masse entre surface et
atmosphère – lien avec le cycle de vie des nuages de
couche limite
Etude et suivi des caractéristiques micro-physiques et
de l’hétérogénéité des précipitations
Etude de ré-évaporation, détraînement, subsidence,
origine de masse d’air (etc.) par analyse des
compositions isotopiques des précipitations et de la
vapeur d’eau en surface
Observatoires
OPAR
OHP
OAP
CO-PDD
OAP
SIRTA
CO-PDD
OHP
SIRTA
CO-PDD
SIRTA
CO-PDD
CO-PDD
SIRTA
OAP
SIRTA
CO-PDD
SIRTA
OPAR
SIRTA
Instruments à valoriser
Lidar Raman tropostrato
radiomètres micro-onde
radiomètres microonde, GPS, radars
profileurs
Lidar haute tropo
Radiomètres
Radar nuage, Lidar et
radiomètre micro-onde,
capteurs in-situ, étude
en soufflerie au PDD ..
(GC-MS,
chromatographie
ionique, HPLC ,…)
Sonde Gerber (LWC)
FM/FSSP en soufflerie
CCN, SMPS, …
Anémomètres soniques
Radar précipitation,
Capteurs in-situ ,
Spectromètre diode
laser CRDS
I.3.2 Changements atmosphériques et climatiques à long terme
PI concernés (essentiellement les coordinateurs de réseaux, Services d’Observations et sites labellisés) : P.
11
Keckhut et S. Godin-Beekman (NDACC), M. Haeffelin (GRUAN, SIRTA), F. Gheusi (PAES, OAP), P. Coddeville
(MERA-EMEP), P. Laj et K. Sellegri (EUSAAR, ORAURE, ACTRIS), M. Ramonet (RAMCES-ICOS), A.Colomb
(CO-PDD), JL Baray (LACy-OPAR), et M. De Mazière (IASB)
Comprendre et maîtriser la réponse de l’environnement terrestre à la pression anthropique croissante
est reconnu comme l’enjeu sociétal majeur du 21ème siècle. Les verrous scientifiques concernant les
changements atmosphériques à long terme sont de deux ordres :
1. d’une part certaines tendances ne sont pas clairement établies (parce que contradictoires d’un
site ou d’un système de mesure à un autre), ou alors elles le sont mais on ne les comprend pas:
a. l’évolution des aérosols et leur impact sur la photochimie troposphérique sont mal
connus, en particulier en atmosphère tropicale, où les sources par combustion de
biomasse sont majeures ;
b. en Europe, l’évolution des émissions primaires n’explique pas les tendances établies
pour l’ozone troposphérique ; en outre les tendances sur les concentrations en certains
polluants primaires ne concordent pas avec les émissions estimées ;
c. l’évolution de la vapeur d’eau dans l’UT/LS – en particulier tropicale – est mal
connue et mal comprise ;
d. les effets du changement climatique interfèrent avec le rétablissement de l’ozone
stratosphérique selon des mécanismes qui sont encore à déterminer ;
2. d’autre part les changements globaux constatés (réchauffement global, etc.) ont des impacts –
éventuellement rétroactifs – sur des processus physiques et chimiques complexes, dont on ne
sait pas encore prédire l’évolution :
a. sur la couverture nuageuse – élément majeur du bilan radiatif – et les précipitations,
b. sur les déclinaisons régionales du changement global, soumises à des processus
fortement couplés et non linéaires,
c. sur la chimie homogène et hétérogène dans l’atmosphère,
d. sur les rétroactions entre processus chimiques (notamment les aérosols, les flux
biogéniques, etc.) et le climat.
De nombreux programmes et réseaux internationaux ont pour objectif de répondre à ces questions. On
citera en particulier les suivants car fortement soutenus par l’OMM :
• le World Climate Research Programme (WRCP), avec notamment sa composante GEWEX
(Global Energy and Water cycle EXperiment) coordonnant le réseau BSRN de mesure de flux
radiatif solaire en surface.
• le Global Climate Observing System (GCOS) soutenant le réseau de référence GRUAN (GCOS
Reference Upper-Air Network) – données climatiques sur la colonne troposphérique et
stratosphérique.
• l’Atmospheric Research and Environment Programme (AREP), avec notamment sa composante
GAW (Global Atmosphere Watch),
• dont un objectif principal est de comprendre le rôle des changements globaux de composition
atmosphérique dans les évolutions climatiques.
Le suivi continu et à long terme de grandeurs caractéristiques de l’atmosphère et l’établissement de
tendances sur des échelles de temps au moins décennales est au cœur de l’activité des stations ROSEA
depuis souvent plusieurs décennies, notamment à travers les nombreux SO qu’elles accueillent. Ce
suivi concerne tant les paramètres climatiques que la composition de l’atmosphère à ses différents
niveaux (surface, troposphère, stratosphère, haute atmosphère), et les sites OAP et CO-PDD
apparaissent en outre particulièrement pertinents dans ce rôle, à divers titres (voir tableau ci-après).
Enfin, l’OPAR a l’évidente particularité de fournir des données pour l’atmosphère tropicale et dans
une zone de l’hémisphère sud par ailleurs très peu couverte.
Malgré cette capacité observationnelle, la contribution française aux bases de données de ces
programmes internationaux de suivi à long terme de l’atmosphère globale reste encore modeste. La
fédération ROSEA a pour ambition de faciliter et de renforcer cette contribution à l’échelle
internationale et sa visibilité. Dans ce but, ROSEA sera un lieu privilégié de discussion et de
coopération scientifique pour :
12
• établir un état des lieux des tendances observées dans les dernières décennies sur le territoire
national et comprendre ces résultats dans le contexte continental et hémisphérique.
• atteindre les normes imposées par les réseaux internationaux en terme de grandeurs
mesurées, de méthode de mesure, de contrôle qualité des données, etc.
• élaborer des stratégies d’observation concertées, complémentaires et non redondantes, en
fonction des contributions visées, des spécificités des sites, etc.
• améliorer la visibilité internationale des stations ROSEA, en assurant l’interfaçage entre
1. une structuration des moyens d’observations français surtout organisés en réseaux
thématiques multi-sites (efficace en interne mais peu lisible à l’extérieur),
2. l’approche internationale où les observatoires, le plus souvent gérés au sein des programmes
internationaux comme produisant individuellement des données par leurs moyens propres,
ont bien davantage de visibilité par eux mêmes que les différents services d’observations et
dispositifs nationaux qui les appuient.
• participer au développement instrumental pour le suivi à long terme de demain.
Site
Séries de mesures
Depuis
Pertinence du site
Contribution
ROSEA
remarquables
…
existante / visée
Paramètres climatiques sur la colonne troposphérique et stratosphérique
Verrous concernés : 1a, c, d, 2a-d
SIRTA
Sondages PTU ballon MF-Trap
2000
Mégapole (régimes
GRUAN
Flux radiatifs de référence
2003
océanique/urbain)
BSRN
OHP
- Profils d’ozone (sondages sous
1985
Qualité du ciel pour les
NDACC
ballons, lidars)
observations lidar
- Profils de température 0-80 km
1979
OPAR
Sondages PTU et O3 sous ballon
1992
Zone tropicale
NDACC
- Profils de température 0-80 km
1993
GRUAN
Processus aérosols/nuages et interactions
Verrous concernés : 1a, 2a,c,d
SIRTA
- aérosols, nuages, dynamique
2002
Mégapole (régimes
GEWEX ?
par Lidar/Radar
océanique/urbain)
CO-PDD - aérosols in-situ
2003
Site fréquemment dans
ORE-BEAM
- nuages in situ, études soufflerie
les nuages
EUSAAR GEWEX ?
Tendances de la composition troposphérique de fond en gaz et aérosols et liens aux sources d’émission à
grande échelle
Verrous concernés : 1a, b, 2c
OAP
Ozone in-situ
2001
Haute altitude, influence
MERA-EMEP,
CO in-situ
2004
océanique
GAW (station
Aérosols in-situ
2002
contributrice)
GES (flacons)
2002
Station GAW globale
OHP
Ozone in-situ
1995
Rural méditerranéen
MERA-EMEP
CO in-situ
2006
GAW
Sondages O3 sous ballon
1985
SIRTA
GES in-situ (Gif-sur-Yvette)
2001
Mégapole (régimes
SO RAMCES
océanique/urbain)
CO-PDD O3 ,CO, SO2, NOx, Aérosols in- 1995 à
Moyenne altitude
EUSAAR, MERAsitu
2006
EMEP,
GAW (station
CO2 in-situ
contributrice)
GES (flacons)
2001
Station GAW globale
OPAR
Sondages O3 sous ballon
1993?
Océan tropical
Station GAW
régionale
CO2 continu
2010
Station GAW globale
Processus de surface et flux (H2O, CO2)
Verrous concernés : 1b, 2a-d
SIRTA
Profil de Turbulence,
2005
Mégapole (régimes
Température/humidité ds sol
2006
océanique/urbain)
OAP
Mât instrumenté
Milieu rural + réf. en
tropo libre
ICOS, GAW
13
OHP
Milieu forestier
méditerranéen
Tableau 2 Pertinence des sites ROSEA pour le suivi à long terme des paramètres atmosphériques et
principales contributions internationales, existantes ou potentielles.
I.3.3 Evénements notables et extrêmes à grande échelle
PI impliqués : F. Gheusi (OAP), M. Haeffelin (SIRTA), A. Colomb (CO-PDD), C. PIETRAS (SIRTA), P.
FREVILLE (CO-PDD), JC. Dupont (SIRTA), Jean-Marie PERRIN (OHP), F. RAVETTA (EARLINET), J.
BARAY (OPAR)
Ces 5 observatoires atmosphériques ont des moyens d’observations uniques sur le territoire français :
mesures in-situ (gaz, aérosol, nuages), mesures sur la colonne atmosphérique (réseau de radar et
lidar) ; mesures par télédétection : nombreux modèles numériques (rétro-trajectoires des masses d’air,
assimilation de données satellitaires, outils de prévisions en terme de pollution atmosphérique, de
climat, etc.).
Grâce à ses moyens d’observations importants, le consortium propose de mettre en œuvre un volet
d’observations dédié aux évènements particuliers ou extrêmes de grande échelle
Les activités de surveillance de la qualité de l’air s'inscrivent dans un contexte réglementaire découlant
notamment de la Loi sur l’Air et l’Utilisation Rationnelle de l’Energie (LAURE) du 30 décembre
1996, et de la directive européenne sur l’évaluation et la gestion de la qualité de l’air ambiant du 27
septembre 1996 et de ses directives filles. La ratification par la France de la convention de Genève sur
la pollution atmosphérique transfrontalière et à longue distance, adoptée en 1979, impose la mise en
œuvre d’une surveillance de la pollution de fond en vue de documenter les flux transfrontaliers de
divers polluants atmosphériques à l'échelle de l'Europe.
De par leur répartition géographique et l’existence de sites d’altitude (Pic du Midi et Puy de Dôme en
métropole, Piton Maïdo à la Réunion) les moyens d’observation de ROSEA permettent :
• d’estimer les flux entrants et sortants de certains polluants du territoire (e.g : flux d’ozone, flux
d’aérosols, etc.) en application de la convention de Genève. Le réseau de stations multiparamètres ROSEA viendrait alors compléter sur des sites d’altitude les mesures effectuées
par le réseau MERA. (partenariat déjà commencé dans la cadre du SO PAES avec les
données d’ozone, et de CO au puy de Dôme et pic du Midi) ;
• Surveiller les concentrations atmosphériques du « background » de l’atmosphère au-dessus du
territoire et l’évolution des paramètres météorologiques et climatiques (cf. thème 2),
• De définir rapidement l’apparition d’un évènement notable, particulier et/ou extrême .et d’en
informer les autres sites
• Mettre à disposition l’ensemble des données en cas d’évènements extrêmes,
• Quand l’alerte est détectée sur un site, mettre en place des d’actions spécifiques pour la
surveillance. Envoyer un Mail central pour coordonner une action de fonctionnement sous
alerte.
Cette surveillance ne peut se concevoir sans la connaissance de l’origine des masses d’air. C’est
pourquoi nous proposons part le biais de ce réseau, de créer et de gérer automatiquement et pour
chacune des 5 stations de ROSEA, des rétro-panaches (ensembles de rétro-trajectoires, type Flexpart)
qui seront accessibles via un lien sur le site commun de ROSEA (cf. paragraphe 6).
Une demande sera formulée au CGTD ICARE pour que les rétro-panaches soient réalisées de manière
routinière pour l’ensemble des observatoires ROSEA.
14
I.4. Chantiers techniques instrumentaux transverses
L’ensemble des observatoires dispose d’un nombre important d’instruments de télédétection
atmosphérique dans le domaine de l’optique (lidars) ou des hyperfréquences (radars, radiomètres)
comme le montre le tableau ci-dessous. A cela s’ajoutent les sondages in-situ par ballon qui se
révèlent être un apport conséquent pour la validation des données thermodynamiques et d’ozone.
L’objectif des chantiers techniques transverses, basés sur des groupes de travail réunissant les
ingénieurs et chercheurs des différentes stations, est de mutualiser un certain nombre de compétences
existantes, d’approches expérimentales et de méthodologies instrumentales.
Lidar
Instrument
Contributeurs
Y. Courcoux, F. Gabarrot,
J. Porteneuve, S. Godin-Beekmann, P. Keckhut,E. D’Almeida
C. Pietras, Y. Morille, F. Gibert
P. Fréville
Lidar à
rétrodiffusion
Lidar dial
Station
OHP
T°
Aérosol
strato
RMR 532,
1064 nm
O3
O3
Strato Tropo
H 2O
DIAL
DIAL RAMAN
308-355
289-316 532-660
nm,
nm
nm
SIRTA
OPAR
CO-PDD
RMR
(532, 1064
nm)
DIAL
(308355
nm)
DIAL RAMAN
289-316 (532-660
nm
nm)
Lidar
Doppler
Aérosol
Tropo
Vent
RMR
532 nm,
10-50 km
355nm +
raman N2
532 et 1064
nm
1.5µm
10.6µm
355 nm
532nm,
5-50 km
RAMAN
(387 – 408 355 nm
nm)
Radar
R. Wilson
J.-P. Vinson, C. Legac, A.
Protat, E. Dupont
J. Van Baelen, Y. Pointin,
Y. Bezombes, F. Said, B.
Campistron, C.Hervier
Profileur
de vent
Sondages
ballons
F. Posny, J.-L.
Barray, G.
Ancelet, F.
P. Ricaud, J.- Besson, J.
C. Dupont, C. Parent du
Prigent, J.-M. Chatelet, S.
Derrien, K.
Goutoule
Sellegri
PTUV,
Ozone
0-20km
hebdomad
VHF
UHF
95 GHz
bande X
UHF
bande X
MRR
UHF
VHF
Radar bande
X
MRR
UHF
VHF
OAP
Nuages
ou
précip°
Radiomètre
microonde
PTUV
20-30 GHz 0-20km
50-60 GHz Quotidien 00
et 12 TU
22GHz
Ozone hebdo
PTUV
0-20km
PTUV
0-20km
(ponctuel)
22 GHz
60 GHz
PTUV
0-20km
(ponctuel)
Tableau 3 : Dispositifs de mesures par télédétection optique (lidar) hyperfréquences (radars et
radiomètres) et par radiosondages dans les 5 stations du SOERE. L’importance du dispositif
expérimental existant justifie les actions communes présentées dans ce paragraphe.
1. Radars, radiomètres et lidars
On peut définir deux catégories d’instruments, ceux développés et commercialisés par des industriels
et ceux développés par les laboratoires. Parmi ces derniers, les lidars stratosphériques sont
développés de manière coordonnée pour répondre aux objectifs du réseau NDACC. Des expertises très
spécifiques à ces instruments notamment dans le domaine de l’optique, de l’électronique et des
méthodes de production de données sont mutualisées.
De la même manière des expertises sur les radars météorologiques, les profileurs de vent UHF et
VHF, existent dans plusieurs laboratoires. Les cinq sites de ROSEA sont tous équipés en radar
profileurs de vent, avec une utilisation spécifique à chaque site. La documentation à haute cadence
15
temporelle (en général 5 à 15 minutes de résolution temporelle) qu'ils font de la dynamique
troposphérique sert de référence aux autres mesures effectuées sur les différents sites, notamment
celles, in situ, d'espèces en trace ou aérosols.
De leur coté, les radiomètres hyperfréquences à large bande que l’on trouve dans le commerce
mesurent les profils verticaux de vapeur d’eau, l’eau intégrée, l’eau liquide, éventuellement la
présence de nuages, et le profil vertical de température. La sensibilité des mesures est très bonne dans
les basses couches de l’atmosphère et se dégrade à mesure que l’on atteint la tropopause. Ainsi, le
dispositif instrumental est complété par des radiomètres hyperfréquences à haute résolution
spectrale qui sont généralement développés en permettant de remonter à la distribution verticale de
H2O dans la stratosphère voire la mésosphère
La mutualisation des connaissances et des expériences de ces instruments au sein de ROSEA est
importante et permettra de mieux travailler avec l’ensemble de ces instruments de télédétection. Cette
forte synergie instrumentale est clé autour de la thématique eau atmosphérique car la complémentarité
des mesures radiométriques, des lidars Raman, des radiosondages réguliers, des restitutions de la
vapeur d'eau par les profileurs de vent, permet d’obtenir une information pertinente et à différentes
échelles de la distribution verticale de H2O de la couche limite à la mésosphère. Le jeu de données
complet et cohérent créé va permettre d’étudier à différentes échelles verticales et temporelles les
processus affectant le cycle de l’eau.
Un chantier sera lancé en 2011 pour faire la revue des activités et des méthodes, et coordonner des
actions transverses. Il s'agira notamment de:
1. Dresser le bilan du fonctionnement des radars, des radiomètres et des lidars associés aux activités
en cours (mode de fonctionnement, acquisition, échantillonnage),
2. Mettre en évidence les besoins les plus marqués pour une optimisation coordonnée de l'utilisation
des radars, radiomètres et lidars (configuration, jouvence),
3. Mettre en place des actions correctives prioritaires afin d’uniformiser et d’améliorer les
techniques instrumentales mises en œuvre (automatisation, étalonnage)
4. Fédérer les différentes stations autour de projets techniques communs en relation directe avec les
objectifs scientifiques (visualisations temps réel, restitutions de propriétés géophysiques sur les
nuages, vapeur d’eau, dynamique, etc.)
2. Sondages par ballons
Les sites de ROSEA mettent en œuvre des lâchers de radiosondes ponctuellement pour des campagnes
de mesures spécifiques. Certains sites sont à proximité des stations Météo-France où sont effectués des
profils quotidiens (par ex. SIRTA-Trappes ; OPAR-St Denis > 2011). Ces ballons permettent
l’acquisition de variables météorologiques classiques (pression, température, humidité et vent) entre la
surface et 20 km d’altitude environ. Or, la norme du réseau international GRUAN impose la mise en
place de lâchers d’un radiosondage de référence 0-40km mensuel destiné à assurer (1) la fiabilité
absolue des sondes journalières, (2) la non dérive temporelle des acquisitions décennales et (3)
l’uniformisation de la qualité des mesures à l’échelle internationale. La mise en place de ces nouveaux
radiosondages nécessite la mise en place de consignes uniformes à l’échelle des différents sites de
ROSEA.
Un groupe de travail « observation par ballon-sonde » veillera à la mise en place d’un démonstrateur
de radiosondages de référence par l’application de l’ensemble de ces protocoles expérimentaux en
accord avec le réseau GRUAN.
3. Moyens mobiles
Des équipes de plusieurs unités de recherche (par ex. CNRM, LA, LATMOS, LMD, …) disposent
d’instruments déplaçables et d’infrastructures mobiles qui peuvent être exploités lors de campagnes de
mesure. La préparation du projet SOFRA-EX a permis de proposer un plan de coordination de ces
moyens. Il est proposé qu’un groupe de travail se mette en place dans le cadre de ROSEA pour mettre
en place des procédures permettant de faciliter et d’améliorer l’exploitation des moyens mobiles.
16
I.5 Stratégie, protocole de mesure, démarche qualité QC/QA
ROSEA permettra aux différents observatoires et services d’observations associés une meilleure
coordination, notamment :
-Coordination des campagnes de mesures nationales spécifiques
-Coordination des validations satellitaires, modélisation
-Coordination en cas d’événements extrêmes
-Coordination de la démarche qualité.
-Coordination de réponse aux appels d’offre
Le suivi long terme sur plus de 10 ans est nécessaire à une évaluation fiable de l’évolution des
paramètres de pollution et climatiques, et à la connaissance de sa variabilité à cours, moyen et long
terme (gaz, particules, pluie) en lien avec le changement climatique. Un suivi observationnel continu
sur le long terme est donc indispensable (au moins dix ans) et l’unique moyen de répondre aux
questions posées. La poursuite des observations existantes est garantie par les moyens humains
associés aux sites et les moyens financiers récurrents (cf moyens affectés).
Les grandeurs mesurées par le réseau de sites instrumentés dont nous proposons ici la labellisation
sont bien évidemment les mesures faites au niveau de chaque station d’observation. Nous souhaitons
que les mesures soient les plus standardisées possibles pour la liste de variables clés qui serviront pour
les actions scientifiques transverses. Dans le cas ou des protocoles ou recommandations existent déjà
(comme par exemple pour la mesure des GES dans le cadre d’ICOS), nous tiendrons compte et
mettrons en œuvre les actions pour suivre et appliquer ces protocoles et recommandations.
Les stations de ROSEA suivent des protocoles de qualité qui dépendent de leur SO : recommandations
EMEP et GAW pour les gaz réactifs au CO-PdD et OAP dans le cadre du SO PAES ;
recommandations EARLINET pour la majorité des lidars, recommandations EUSAAR pour les
mesures in-situ des aérosols (CO-PDD), recommandations ICOS pour la mesure des GES (CO-PDD,
SIRTA, OPAR), recommandations NDACC, PHOTONET, etc., ou de protocoles propres à la station
pour les données non labellisées.
ROSEA permettra de fournir des suggestions de protocole QC/QA optimum homogène qui pourront
être discutés en groupe de travail. Ces protocoles seront évidents pour certaines mesures telles
l’aérosol (in situ, LIDAR, photomètre) ou les GES, puisque plusieurs des stations (CO-PDD, SIRTA,
OAP, OHP) seront intégrés en 2011-2015 dans les même projets européens d’infrastructure tels
ACTRIS ou ICOS. D’autres protocoles communautaires devront être créés sur la base d’une
concertation des différents acteurs, et confrontation des différentes pratiques. Cela sera le cas pour les
mesures non labellisées, tels les mesures météorologiques, les mesures de flux turbulent, ou encore les
mesures radar et radiométriques.
Les protocoles qualité comprennent une partie échantillonnage (fréquence, méthodologie, protocole),
une partie calibration et maintenance de l’instrumentation, une partie acquisition des métadonnées
nécessaires à l’évaluation de la qualité des mesures a posteriori et une partie traitement de données
proprement dite (correction de dérive, calibration, traitement des données aberrantes…).
Les compétences existantes sur chaque site pourront être mises à profit pour la maintenance de
l’instrumentation du SOERE : un centre de calibration des compteurs de particules (CPC) peut par
exemple être mis en place au CO-PDD, d’autres démarches similaires pourront avoir lieu dans les
différents observatoires.
En outre, en cohérence avec l’évolution envisagée pour le SO PAES (cf. annexe spécifique en fin de
document), ce dispositif pourra étendre son rôle structurant au-delà des stations où le SO actuel est
implanté (OAP et CO-PdD), en coordonnant l’harmonisation des démarches qualité pour la production
de données ozone et CO dans les autres stations (OHP, OPAR et SIRTA) et la transmission de ces
données à EMEP et GAW.
Un accent particulier pourra enfin être mis sur l’adaptation des protocoles usuellement employés dans
les réseaux européens aux stations de haute altitude puisque ces conditions particulières concernent
17
quatre des sites de ROSEA. Par exemple, les problèmes liés aux basses pressions, basses températures,
présence de nuage pourront être abordées spécifiquement afin d’améliorer l’adaptation des instruments
commerciaux qualification des prises d’air, et donc la qualité des mesures. La présence de nuages dans
les mesures induit d’une manière générale un biais dans les mesures, qu’il faut prendre en compte,
souvent à l’aide de la synergie entre plusieurs instruments.
18
I.6 Archivage, mise à disposition et valorisation des données valorisation
I.6.1 Archivage et mise à disposition des données
Les cinq observatoires appliquent des philosophies similaires en matière de gestion et distribution de
données. Ils s’appuient sur des serveurs et baies de stockage dédiées pour réaliser l’archivage et la
sauvegarde des données brutes. Les données sont ensuite validées, de manière automatique ou
manuelle. Certains paramètres sont visualisés et affichés en quasi temps réel à travers des serveurs
WEB dédiés. Les données privées (données brutes) sont mises à disposition des PI par protocole FTP.
Les données publiques, librement accessibles pour les utilisateurs scientifiques, sont mises à
disposition par protocole FTP ou recherche WEB. Certaines données sont transmises aux CGTD des
pôles thématiques (principalement ETHER pour la composition atmosphérique). Chaque observatoire
– notamment à travers les SO nationaux – transmet également des données validées à plusieurs bases
de données internationales qui rassemblent des données de stations sur tout le globe.
Le système de gestion des données du SIRTA a été développé par le LMD avec le soutien de l’IPSL.
Celui du CO-PDD a été développé par l’OPGC. Le système de base de données développé pour
l’OPAR a été mis à disposition de l’OHP et l’OAP (et également DDU dans le cadre du réseau
NDACC).
Personnel
impliqué
SIRTA
C. Boitel
Y. Morille
JC. Dupont
K. Ramage
COPDD
A. Colomb
Stockage et
sauvegarde
données
brutes
Climserv
(X) et
Cyclades
(UPMC)
Serveurs
OPGC
Mise à disposition
aux utilisateurs
(Formats)
WEB SIRTA1
FTP SIRTA
(NetCDF, ASCII)
WEB OPGC2
WEB PAES4
Données
transmises aux
pôles thématiques
ICARE par CExII
Données transmises
aux BDD nationales
et internationales
AERONET, BSRN
CLOUDNET,
EARLINET, ICOS
MWRNET, RGP/EGVAP
AERONET, C-WINDE,
EBAS-NILU, EMEP,
EUSAAR, ICOS
PAES, RENAG/RGP
AERONET, C-WINDE,
ICOS
NDACC, SHADOZ
H. Ferré
Serveurs
WEB OPAR3
ETHER pour
R. Delmas
OPAR
(NetCDF, ASCII)
NDACC
F. Gabarrot
M. Théthys
LATMOS
AERONET,
ETHER pour
J. Parédès
pour la
EARLINET, PAES
OHP
WEB OHP4
NDACC
H. Ferré
majorité
(ICOS projet), NDACC
P. Keckhut
Y. Meyerfeld
WEB PAES4
Laboratoire
E. Bargain
C-WINDE, ICOS
OAP
WEB
NDACC, PAES
d’Aérologie
H. Ferré
5
AEROLOGIE
F. Gheusi
1. http://sirta.ipsl.polytechnique.fr/
2. http://wwwobs.univ-bpclermont.f
4. http://sosgm.obs.uvsq.fr
http://paes.aero.obs-mip.fr/paes+.html
5. http://www.aero.obs-mip.fr/spip.php?rubrique37
http://www.aero.obs-mip.fr/spip.php?rubrique77 (Site Web OAP en cours de construction).
OPAR
La valeur ajoutée du SOERE ROSEA en matière des données se situera à deux niveaux :
1. Partage de savoir faire et d’expertise sur la gestion de données, sur les formats, sur la
visualisation, sur la documentation (procédures, partages d’outils, métadonnées, nomenclature
des fichiers, présentations, interopérabilité des bases).
2. Mise en place d’un portail des données ROSEA, présent sur les sites web des observatoires,
des pôles thématiques (ETHER et ICARE) et d’AllEnvi. Ce portail sera une base de
métadonnées qui fournira des informations sur les données produites et redirigera les
19
utilisateurs soit vers les bases des stations soit vers les bases de réseaux alimentés par les
stations dans les pôles thématiques, sur les sites propres aux SO ou sur les sites internationaux.
Il n’est pas envisagé de fusion des bases de données au sein d’une base commune car la gestion des
données primaires doit impérativement rester proche de ceux qui les produisent. Un groupe, de travail
permanent constitué des gestionnaires des bases de données des observatoires sera mis en place, c’est
au sein de ce groupe que seront proposés les efforts d’harmonisation et les développements communs
à réaliser. Ce groupe de travail aura comme interlocuteurs privilégiés leurs homologues au sein des
pôles thématiques.
Les chantiers envisagés entre ROSEA et les pôles thématiques sont :
Portail de documentation et d’accès ROSEA
Améliorer l’interopérabilité des bases de données.
Traitement routinier de certaines données pour tous les observatoires par les CGTD :
centralisation, archivage, adaptation des formats, puis transmission vers BDD internationales
(déjà en place pour NDACC par CGTD ETHER, pour PAES par l’OMP, en cours pour ICOS).
Certaines actions pourraient rentrer dans le cadre de « missions nominales » des CGTD.
Fourniture de services transverses à tous les observatoires, par ex. réalisation systématiques de
panaches de rétro-trajectoires sur les 5 observatoires, ou extraction quotidienne de certaines
données satellites au-dessus des 5 observatoires.
Amélioration de la description des données, leur format et leur visibilité internationale
(GAWSIS : http://gaw.empa.ch/gawsis/)
Système d’information environnementale prévu
A partir des bases primaires, les données validées sont transmises directement par chaque station aux
bases de données des réseaux sous le format requis par ces bases soit directement (AERONET, GAW,
EMEP par exemple) soit indirectement après changement de format. Cette dernière opération peut être
assurée dans certain cas par le CGTD Ether (cas de NDACC). Cette procédure sera conservée pour les
réseaux existants et pourra être généralisée à tout nouveau système d’information environnemental,
avec l’aide notamment des CGTD Ether et ICARE. Pour répondre aux besoins futurs du GAS (GMES
Atmospheric Services) et à la demande de plus en plus fréquemment exprimée de fournitures de
données en temps réel ou semi réel, il est prévu de mettre en place un dispositif centralisé au niveau du
SOERE pour la gestion de ces données. Pour certaines données produites un tel dispositif existe déjà
(base de données PAES par exemple, à venir pour ICOS). Les procédures seront étendues à toutes les
données produites actuellement en temps réel avec validation automatique (mesures in situ par
exemple, profileurs de vent). Des efforts seront fait pour automatiser la production en temps réel ou
peu différé d’un maximum de données (cas des radiosondages, des données de spectrométrie (UV,
FTIR), de radiométrie, de radars…). Les données seront intégrées à la base commune de transfert aux
formats natifs liés aux instruments (txt, Binaire, ASCII..) ou sous formes d’images (jpg, png…) pour
pouvoir être visualisées (quick looks). Cette base NRT (Near Real Time) de ROSEA sera implantée
sur le portail commun du SOERE sur un serveur physiquement installé soit dans l’une des stations,
soit sur le portail ETHER par exemple. Les données seront accompagnées de méta-données dont le
format (généralement xml) sera rendu compatible avec les formats des systèmes clients d’information
environnementale (GAS). La mise éventuelle à un format de transfert prédéterminé imposé par le
client (Net CDF, HDF ou autre) sera assurée et intégré aux procédures de transfert automatiques. Les
données seront également archivées à ce niveau central et la procédure d’accès aux données se fera
classiquement, sans restriction pour toute activité de recherche, avec une procédure simple de
demande de compte.
I.6.2 Valorisation des données de ROSEA
I.6.2.1 : Exploitation scientifique
Les jeux de données développés par les cinq observatoires font l’objet d’exploitation scientifique
intense par les PI associés aux sites (voir liste des PI par site dans les tableaux en annexe) et par des
utilisateurs extérieurs. On peut recenser les résultats suivants sur les 4 dernières années.
20
Nombre de PI
(instrumentaux et
projets)
Publis rang A 2007-2010
SIRTA
26
28
CO-PDD
14
OPAR
OHP
OAP
17
18
13
37 (utilisant données COPDD)
19
32
12
Thèses soutenus
2007-2010
5 (2 LMD, 1 LATMOS, 1 CNRM,
1 CEREA)
8 (5 LaMP, 1 LA, 1 LPMM, 1
LMV)
5 soutenues + 5 en cours
2 (LOA, LATMOS), 4 en cours
3 (2 LA, 1 LATMOS, 1 LPCA)
I.6.2.2 Lien avec la modélisation :
Les données produites et accessibles notamment sur le portail temps réel de ROSEA seront formatées
de façon à être facilement utilisables pour les besoins de la modélisation. L'évaluation de simulations
numériques par confrontation à des observations de routine effectuées sur des observatoires
atmosphériques permet de tester les modèles atmosphériques (modèles de climat, modèles de
prévision météorologique, ou modèles méso-échelle) sur des échelles synoptique, saisonnière, interannuelle voire climatique à faible coût numérique à partir de jeux de données existants (e.g.
Illingworth et al. 2007, Neggers and Siebesma 2008). La démarche permet :
- d'identifier les insuffisances des paramétrisations physiques des modèles ;
- d'identifier des causes possibles pour ces faiblesses ;
- d'évaluer l'impact des modifications effectuées dans les schémas numériques et les
paramétrisations ;
- de confronter le comportement de différents modèles sur différents observatoires qui fournissent
les mêmes paramètres.
L’utilisation de procédure de simulation numérique de manière directe ou inverse (à partir des données
d’observation) permet de produire des cartes de flux (pour les GES par exemple). En fonction de la
méthode utilisée (directe ou inverse) on peut tester la validité et la pertinence des simulations en les
comparant avec les données observées ou les confronter aux bilans d’émissions produit de manière
indépendante.
Actuellement des chercheurs utilisent les données des 5 observatoires pour évaluer différents types de
modèles, et pour améliorer et développer de nouvelles paramétrisations. Les modèles sont aussi
utilisés pour aider l’analyse des observations. On peut recenser les travaux suivants :
Modèles
LMDZ (GCM)
Site
SIRTA
SIRTA
Méso-NH
SIRTA
OAP
OPAR
WRF/Chem
WRF/Chimère
WRF
CO-PDD
SIRTA
CO-PDD
GIRAFE
OPAR
Etudes réalisées
Tests des schémas de couche limite et de couche de surface
(Coindreau et al., 2007)
Evaluation de variations synoptiques, saisonnières, interannuelles et
évènements extrêmes (Cheruy et al., 2010)
Evaluation de modèles de sol (Thèse A. Campoy)
Etude influence de pollution de basses couches sur les observations en
altitude ; transport des polluants, de la photochimie et de l’évolution
des aérosols.
Etude de la dynamique de la couche limite atmosphérique.
Etude numérique des circulations locales à la Réunion, application à la
dispersion des polluants
Validation des prévisions à partir des observations in-situ et par Lidar
Développement de paramétrisations microphysiques du nuage et
chimie multiphasique (DesCAM et M2C2) et EXMIX (activation
d’aérosols en gouttelettes de nuage)
Analyse de dispersion des panaches de combustion de biomasse dans
l'océan indien par combinaison Flexpart/MODIS
21
MIMOSA
FLEXPART
TM5
REG CM
LAcytraj
OHP
OPAR
OAP
OPAR
OAP
OPAR
Etude de transports dans la stratosphère et l’UTLS
Etude et caractérisation du transport de masses d’air à l’échelle
transcontinentale. Futur couplage avec MesoNH pour étudier
transports petite échelle et échanges CLA / troposphère libre.
Validation des cadastres d’émission anthropique de combustion et
l’étude d’événements intrusifs notables sur le continent européen
Code de trajectographie-RDF développé pour le site OPAR et pour
l'étude des transports stratosphere-troposphère
L’apport de ROSEA pour l’évaluation de modèles résidera dans une qualité et une cohérence
améliorée des observations, permettant d’étudier les performances des modèles en parallèle sur un
ensemble d’observatoires dans des régions climatiques différentes. Dans ROSEA, nous mutualiserons
l’exploitation des modèles de trajectographies lagrangiennes (type FLEXPART) pour caractériser
l’origine des masses d’air échantillonnées dans chacun des observatoires.
I.6.2.3 La validation de mesures satellitaires
Les observations depuis l’espace nécessitent des mesures depuis le sol pour s’étalonner et notamment
pour vérifier si la détérioration de ces instruments du fait d’un environnement hostile, n’introduit pas
de dérives lentes. De plus la succession des expériences ne permet d’assurer une bonne continuité
temporelle qu’avec des séries de référence bien documentées portant sur de longues périodes depuis le
sol. Outre le site de l’OPAR à la Réunion tous les sites de métropole n’apportent une information
pertinente pour la validation que si ces travaux sont conduits en coordination et si cette redondance
n’est pas dégradée par des méthodes de mesure trop différentes. Dans le cadre du SOERE, il est
proposé d’assurer une coordination autour des exercices de validation en réfléchissant aux sites et
instruments les plus opportuns à déployer et en assurant lorsque plusieurs sites sont concernés une
comparaison des protocoles et méthode d’analyse des données. Ces campagnes de validation sont
aussi un bon moyen pour vérifier l’homogénéité du réseau national en disposant d’une référence
identique pour tous les sites. Ceci a déjà été réalisé dans le passé avec succès pour Calipso avec les
sites du SIRTA et de l’OHP ainsi que pour SSU avec l’OPAR et l’OHP. Actuellement le satellite IASI
(température, vapeur d’eau, ozone) pourrait être concerné et les prochains lidars depuis l’espace
comme Earthcare et ADMAeolus.
22
I.7 Enseignement, formation, diffusion de la culture scientifique
Les différents observatoires sont déjà largement impliqués dans des actions de formation initiale et de
formation continue et de diffusion de la culture scientifique comme le montre le tableau ci-dessous.
Station
Formation Initiale
Formation Continue
Diffusion de
Scientifique
la
Culture
OHP
Formations USVQ – Paris 6-Paris7
Paris 11 ; Formation ENS
Formation Master Arctic Studies
Formation des personnels des
stations antarctiques. Ecole
Accueil de scolaires
ERCA
SIRTA
Enseignement expérimental: L3-M2:
EP, ENS, UPMC, UVSQ (+150
Ecole été KIC-CLIMAT
étudiants/an)
Journée Portes Ouvertes, Fête de
la Science
OPAR
Enseignements théorique et pratique
Master Géosphère
Journée Portes Ouverte, Fête de la
Science, Films ; Dev. Outil
numérique pédagogique (1)
Enseignements théorique et pratique
Journée Portes Ouverte, Fête de la
Science
CO-PDD Master Physique/chimie pour
l'environnement.
OAP
Enseignements théoriques et
pratiques pour 4 formations de
licence/master UPS (Toulouse) et
UPPA (Pau)
Ecoles d’été
(ex : AMMA, FLUXPYR)
Journée Portes Ouverte, Fête de la
Science ; Dév. Outil numérique
pédagogique ;
Ateliers
En matière de formation initiale, pour améliorer et valoriser nos actions existantes, la mise en commun
de modules de formation et/ou d'enseignants apportera la valorisation et l'harmonie nécessaire dans
nos domaines. Certaines actions ponctuelles entre l'OHP et le SIRTA (échange d'enseignants) ou
l'OPAR et l'OHP (enseignants et étudiants ayants participé aux deux formations) par exemple seront
étendues entre nos observatoire pour mettre en place des cours/ TD / TP en lignes joints pour
certaines activités proches ou bien également pour des formations à caractère particulier. Nous
proposerons par exemple des modules en ligne pour les sondes (ozone, températures, aérosols, etc.),
les lidars (température, aérosol, ozone, vent), H2O), les radars, les spectromètres UV-visible, etc.
ROSEA offrira également une masse critique plus importante en termes de personnel spécialisé et
d’instruments pour mettre en place des écoles d’été nécessitant des supports expérimentaux. Un autre
objectif est de donner aux personnels techniques des formations élargies et le cadre de ce SOERE
avec un parcours de formation à suivre à travers nos différentes formations, dans les différents
observatoires pour bien cerner les spécificités de nos différentes techniques et les utilisations variées
des outils numériques.
En matière de formation continue, à destination des enseignants du secondaire et des scolaires, voire
du grand public, la mise en commun d'outils numériques comme l’outil OMER7 déjà développé
conjointement entre l’OPAR et l’OAP dans le cadre d’ETHER (http://titan.akka.eu/presentationomeric/index.html) permettra de faire découvrir à un large public les sciences de l’atmosphère. Dans
ce même cadre il est prévu de s’associer au CNRS Images pour construire la partie « observation
depuis le sol » d’un projet de document web filmé sur les observations atmosphériques. Ce projet a été
initié avec un tournage sur les observations aéroportées réalisé en novembre 2010 à Toulouse lors
d’une réunion EUFAR des avions de recherche européens. Pour réaliser le volet observation depuis le
sol, des tournages seront effectués dans les cinq stations du SOERE ROSEA au cours de l’année 2011
et au premier semestre 2012. La base documentaire pour la partie observations satellitaires sera
fournie par le CNES. La production de ce document est à la charge du CNRS images mais le SOERE
aura à financer les missions des opérateurs (caméramans, preneurs de son, photographes) lors de leur
déplacement dans les stations. Ce web-doc sera mis à disposition sur le site du CNRS (avec un lien
depuis le portail SOERE). Le CNRS Images est aussi à la recherche d’un support plus médiatique.
L’échéance prévue pour ce projet est mi 2012.
23
I.8 Ouverture et Insertion du Système d’observation
Le réseau d’observation ROSEA a pour premier objectif l’accueil des Services d’Observation
nationaux et internationaux (AERONET, ORAURE, EARLINET, NDACC, ICOS, GMOS). La
stratégie et les moyens associés à ces SO restent donc principalement de leur ressort. Cependant les
sites ROSEA s’efforceront d’assurer la synergie entre les SO et avec les instruments recherche
spécifiques sur chaque site et pourront assurer la diffusion des données des SO notamment
l’information concernant la disponibilité des données et les données temps réel éventuellement.
Les analyses des données obtenues dans le cadre des stations ROSEA utilisent les observations
disponibles dans le cadre de réseaux opérationnels et notamment ceux disposant de sites de mesures
géographiquement proches des sites ROSEA (Météo-France, AASQA, IGN). Pour assurer une
meilleure exploitation des observations, et une meilleure visibilité de l’utilisation des réseaux
opérationnels, ces synergies géographiques seront documentées dans les sites web des stations de
ROSEA et parfois des produits type recherche dérivés d’instruments opérationnels pourront être
archivés et diffusés par ROSEA. L’inverse est également envisagé puisque le site web de l’ADEME
intégrera les sites ROSEA et Météo-France souhaite déployer une partie du réseau de lidar national
dans ROSEA (e.g. projet equipex SOFRA-EX).
Dans cette perspective il pourra être envisagé de mutualiser certaines ressources notamment dans le
cadre d’équipements coûteux (radars recherche en bande X demandés à EQUIPEX). De même, la
communauté de recherche s’appuie sur des moyens de mesures mobiles. Le réseau ROSEA pourra
également réfléchir à une coordination nationale de l’exploitation de certains équipement mobile
(partage d’instruments, coordination du transport, de démarches administratives, assurances, …)
comme il a été proposé dans le projet SOFRA-EX. De plus, ROSEA favorisera l’adoption de
standards communs ou mutualiser les étalonnages (rayonnement, radiosondages dans le cadre
GRUAN) et les formations de personnels techniques (sondes). Ces efforts de mutualisation ont déjà
été amorcés avec Météo-France comme les discussions sur le déplacement de la station de RS de
Tromelin vers La Réunion.
Les sites ROSEA ont pour vocation l’accueil d’instruments de recherche ou en phase de
développement destinés à intégrer des réseaux de type divers ou dans des régions différentes pour des
campagnes coordonnées, ou dans le cadre d’exercices de test/validation/évaluation qui profiteront
d’un environnement riche en mesures complémentaires, de référence et avec des environnements
géographiques différents mais complémentaires (montagne, péri-urbain, diverses conditions
climatiques…).
ROSEA est un réseau national qui a pour vocation d’accueillir de manière prioritaire les instruments
de la communauté recherche en offrant différent type d’environnement. L’animation de ROSEA
(thèmes scientifiques et chantiers techniques) sera ouverte aux autres sites atmosphériques (Cap Corse,
QUALAIR-Paris, DDU, Ile d’Amsterdam,….). Notamment les stations mobiles profiteront de la
dynamique ROSEA.
ROSEA coordonne les 5 sites historiques du CNRS qui possèdent des infrastructures conséquentes, un
financement relativement récurrent et des personnels spécifiques pour conduire les mesures. D’autres
sites (ANDRA, PUMA) soutenus par d’autres organismes présentant des caractéristiques similaires et
souhaitant profiter de la dynamique de ROSEA, pourront y être associés. Les 5 sites de ROSEA ont
une vocation régionale et sont pour le plupart déjà une association de plusieurs plateformes, et
pourront agréger d’autres sites proches possédant des caractéristiques particulières si la logistique le
permet.
Ces sites assurent également un rôle de leader et développent un savoir faire pour la conduite
d’observations systématiques sur le long terme. Chacun des sites ont une expertise reconnue au niveau
international qui peut profiter à d’autres pays et notamment ceux localisés dans le sud.
Contribution du SOERE ROSEA au transfert d’expertise vers les pays du Sud
24
Les observations continues dans les pays du sud sont difficiles, ROSEA doit aider les pays à construire
des infrastructures pérennes en assurant le transfert d’expertise vers les pays du Sud.
L’OPAR, station située à l’île de la Réunion est l’une des rares stations d’observation atmosphérique
dans l’hémisphère sud. Sa position sous le vent de l’Afrique lui permet également de suivre à long
terme l’évolution des pollutions issues de la partie sud de l’Afrique qui est une région en grande
mutation. L ‘OPAR entretien de nombreuses relations avec l’Inde et l’Afrique du Sud dans le cadre du
GDRI ARSAIO (Atmospheric Research en Southern Africa and IndianOcean).
L’OAP entretient de nombreuses collaborations avec l’Afrique de l’Ouest depuis longtemps, en
particulier sur le thème de la télédétection. Récemment, c’est dans le contexte d’AMMA que ces
collaborations se sont prolongées, à travers l’organisation en 2003 de l’Ecole d’été AMMA et la
responsabilité du réseau de profileurs de vent déployé en Afrique de l’Ouest de 2005 à 2007.
La station de l’OHP accueille pendant quelques jours, l’école Post-Doctorale ERCA qui permet a des
étudiants de tous les horizons de venir visiter les installations. De même, la formation des hivernants à
Dumont D’Urville est réalisée à l’OHP et pourrait se faire avec la contribution et l’expertise des autres
sites et profiter à peu de frais à des collègues des pays du Sud. Les activités conduites à l’OHP ont
servit de modèle pour la mise en place du NDACC et les collaborations se poursuivent avec
l’Argentine et le Brésil (échanges d’étudiants). L’OHP est également un site qui doit jouer un rôle
important dans Charmex et Hymex et dans ce cadre le LATMOS a un accord de coopération avec le
CRAAG (Centre de Recherche en Astronomie, Astrophysique et Géophysique, ex Observatoire
d'Alger)
dans
le
cadre
du
programme
TASSILI
avec
l'Algérie
(http://www.egide.asso.fr/jahia/Jahia/site/egide/lang/fr/tassili) pour effectuer des observations de
paramètres atmosphériques tels que la turbulence, ainsi qu’une collaboration avec la Syrie (étudiante
Syrienne en thèse au LATMOS avec bourse de l'Ambassade de Syrie en France).
Le SIRTA doit faire bénéficier le Sénégal de son expertise pour l’installation d’une station pérenne
d’observations atmosphériques. Plusieurs stations de ROSEA portent des observations réalisées dans
le cadre d’ICOS, qui permettent d’établir des collaborations avec la station en Côte d’Ivoire à Lamto,
sur l’île d’Amsterdam dans les TAAFs, et une station de mesure flacon en coopération à Cape Point en
Afrique du Sud.
25
I.9 Gouvernance et animation scientifique
La Gouvernance de ROSEA s’appuie sur quatre éléments :
•
Un bureau de coordination constitué des directeurs ou responsables scientifiques des
observatoires. Ce bureau a la responsabilité de mise en œuvre et suivi des chantiers et des
groupes de travail, préparation de réunion du conseil scientifique, organisation de la journée
scientifique. Il communique ou se réunit régulièrement (environ une fois par mois) pour traiter
des dossiers courants.
•
Un président et un vice-président du bureau de coordination. Ce sont les pilotes du projet
ROSEA. Au démarrage du projet, le président est Martial Haeffelin (IPSL) et la viceprésidente est Aurélie Colomb (LaMP).
•
Un conseil scientifique (CS) constitué de responsables scientifiques de services d’observation
et réseaux, de responsables scientifiques d’observatoires atmosphériques ROSEA et extérieurs
à ROSEA, de représentants d’AllENVI et de l’INSU. Le CS a un rôle de conseil par rapport
aux actions en cours, il formule la stratégie de développement de ROSEA (par ex. création de
groupes de travail), il a un rôle de communication sur les activités de ROSEA. Il est présidé
par un membre extérieur et se réunit de manière annuelle.
•
Les groupes de travail (GT) sont responsables de l’avancée des chantiers scientifiques et
techniques de ROSEA. Les premiers GT seront créés lors de la réunion de lancement du projet
ROSEA (4-5 mai 2011). Ils devront rendre compte de l’avancement de leurs travaux au
bureau de coordination de manière annuelle. Chaque GT animera une page web. Les GT
seront ensuite créés ou arrêter en fonction de leur pertinence et des besoins de ROSEA.
L’animation scientifique et technique de ROSEA s’appuiera sur trois axes.
•
Journées scientifiques ROSEA : journées de communication et d’échange sur les projets et
résultats scientifiques, ainsi que sur l’avancée des chantiers transverses. Ces journées auront
lieu annuellement. En 2011, la journée scientifique ROSEA est intégrée à la journée
scientifique SIRTA (3 mai 2011 à l’Ecole Polytechnique). Par la suite, la journée scientifique
ROSEA pourrait être coordonnée avec d’autres grands rassemblement nationaux comme les
Ateliers Expérimentation et Instrumentation Océan-Atmosphère.
•
Les activités ROSEA seront présentées régulièrement lors de participation aux ateliers des
réseaux d’observation internationaux, en plus des activités individuelles des observatoires.
•
Des ateliers et séminaires thématiques sur les chantiers de ROSEA seront organisés par les
groupes de travail.
26
II : MOYENS AFFECTES
II.1 Moyens financiers récurrents
II.1.1 Moyens récurrents existants
Moyens financiers récurrents pour le fonctionnement et la maintenance des équipements des
cinq observatoires (hors salaires)
Moyens récurrents
SIRTA
SO SIRTA
INSU
15 000
Fonctionnement SIRTA
Infrastructure SIRTA
Fonctionnement sur contrats
total
EP, CNES, EDF/ENPC
EP, CNES, EDF/ENPC
Divers
60 000
15 000
20 000
110 000
Moyens récurrents
SO CO-PDD
INSU
CO-PDD
25 000
fonctionnement CO-PDD
OPGC
9 000
Infrastructure
Fonctionnement Radars
total
Université
OPGC
28 800
8000
70800
Moyens récurrents
SO INSU (PAES, RAMCES,
NDACC)
INSU
25 750
Soutien OMP aux observations
OMP
7000
Soutiens divers des organismes
Infrastructures CRA et PDM
fonctionnement radars, mats
total
CNRS, CEA, CNES
Université/OMP
Sur projets
15 250
Non chiffré
45 000 (coût annuel moyen)
48 000 (93 000)
Moyens récurrents
SO OPAR
Fonctionnement OPAR
Fonctionnement « sondes »
Validation spatiale
total
Moyens récurrents
SO NDACC-OHP
SO NDACC-OHP
Infrastructure SGM
Projet VALID
total
OAP
INSU
Région Réunion
Ou Université
Pgme Shadoz (NASA)
CNES, ESA
OPAR
53 000
50 000
20 000
20 000
143 000 €
OHP
63 000
30 000
20 000
5 000
118 000
INSU
CNES
CNRS/UVSQ
ESA
27
II.1.2 Moyens récurrents demandés
Les budgets de fonctionnement des observatoires sont assurés individuellement. Le tableau ci-dessous
liste le budget de fonctionnement pour les actions transverses du réseau ROSEA:
Lot
Nbre de
personnes
concernées
Nature des
dépenses
Coût
annuel
(HT)
Général
Journée scientifique annuelle ROSEA
100
Réunion annuelle du conseil scientifique
20
10 k€
10 k€
5 k€
Budget du bureau de coordination
Groupes de travail
Science 1 : réunion du GT eau atmosphérique
Science 2 : réunion du GT
Science 3 : réunion du GT
TECH : réunion gestion des données
TECH : réunion radar profileur
TECH : réunion lidar
TECH : réunion sondage ballon (et GRUAN)
TECH : réunion organisation de moyens mobiles
TOTAL Fonctionnement (demandé)
5
Missions
Organisation
Missions et
organisation
Organisation
10
10
10
10
5
5
5
5
Missions
Missions
Missions
Missions
Missions
Missions
Missions
Missions
5 k€
5 k€
5 k€
5 k€
3 k€
3 k€
3 k€
3 k€
60 k€/an
3 k€
II.1.3 Demande d’Equipement
Les observatoires impliqués dans ROSEA ont des besoins d’investissement en instruments et matériels
scientifiques dans le cadre des objectifs scientifiques et chantiers techniques affichés de ROSEA.
Nous proposons de répartir ces investissements sur 2 années consécutives. Les investissements de
l’année 1 correspondent à des chantiers mûrs déjà engagés. Certains investissements devront être
discutés dans les groupes de travail ; ces investissements sont proposés pour l’année 2. Les
justifications des demandes sont détaillées en Annexe 1.
ANNEE 1
Thème
Equipement
Objectif
SCIEN 1.1
SCIEN 1.2
Analyseur PICARRO
(TDLS-CRDS)
Sondes de référence
Processus par isotopes de
l’eau
Démonstrateur GRUAN
SCIEN 1.3
Cluster MS
SCIEN 1.4
Emetteur Klystron
pour radar nuage
doppler
Equipement
automatisation Lidar
Equipement pour
jouvence Lidar
Système PICARRO
Echantillonneur
Interactions gaz-aérosolnuage
Macrophysique et
microphysique des nuages
SCIEN 2.1
SCIEN 2.2
SCIEN 2.3
SCIEN 2.4
Automatisation et
surveillance Lidar
Jouvence Lidar Ozone
troposphérique
Mesure GES continu
28
Déploiement Coût
k€ HT
OPAR
66
SIRTATrappes
CO-PDD
13
100
SIRTAPalaiseau
132
OHP
15
OHP
34
OAP - PDM
Co-PDD
75
51
SCIEN 2.5
automatique de COV
Convertisseur
photolytique NO2
CO-PDD
TOTAL Investissement demandé Année 1
10
496k€
ANNEE 2
Thème
Equipement
Objectif
TECH 1.1
Radar ST
SCIEN 1.1
Electronique
Dynamique
troposphérique, transport
Processus par isotopes de
l’eau
Démonstrateur GRUAN
SCIEN 1.2
SCIEN 2.1
SCIEN 2.6
Analyseur PICARRO
(TDLS-CRDS)
Sondes de référence
Anémomètre sonique
Spectromètre
DOBSON
Flux d'énergie, d'eau
Mesure d’ozone colonne
Déploiement Coût
k€ HT
CO-PDD,
100
OAP, OHP
SIRTA
66
OPAR
SIRTA
OAP – CRA
OHP
TOTAL Investissement demandé Année 2
27
30
50
273k€
II.2 Ressources humaines
II.2.1 Moyens humains existants
Moyens affectés à l’observation et surveillance de l’atmosphère
L’essentiel des activités de suivi, de développement et de maintenance des stations ROSEA repose sur
les personnels techniques et scientifiques des différentes stations. Ceci implique des interventions
quasi-journalières, des astreintes pour assurer un service en continu ainsi que du travail hors horaire
hebdomadaire et durant les fins de semaines lors de campagnes de mesure ou pour palier à des pannes
éventuelles. Ces moyens humains sont comptabilisés dans le tableau ci-dessous. La liste des personnes
concernées est fournie en Annexe 2.
Observatoire
ETP coordination et
fonctionnement
SIRTA
CO-PDD
OPAR
OAP
OHP
7,65
8,45
6,30
7,60
7,70
ETP responsable
instrumental ou
responsable de projet
2,25
0,55
2,00
1,45
2,60
ETP
TOTAL
9,90
9,00
8,30
9,05
10,3
II.2.2 Moyens humains supplémentaires
Le SOERE ROSEA n’étant pas une structure de recherche mais une structure de coordination, il n’a
pas vocation à recruter des personnels ; il exprime néanmoins un soutien à des demandes de
recrutement d’ingénieurs de recherche ciblées sur les actions transversales qu’il propose, notamment
les actions visant à la mutualisation de moyens et de compétences. Ces postes devront être demandés
dans le cadre des UMS des OSU ou autres Unités gérant les stations d’observation.
•
Chercheur, Phys Adj CNAP ou IR Bap C spécialiste en instrumentation radar-radiométres :
Les stations disposent de 7 radars UHF ou VHF et en 2011 les scientifiques compétents sur
ces instruments partent à la retraite ou sont déjà partis. Le parc de radiomètre micro-ondes est
également conséquent. Il est donc important de recruter rapidement un chercheur ou ingénieur
de recherche spécialisé en hyperfréquences qui pourra à la fois apporter une expertise
29
technique mutualisée au bénéfice des 5 stations, et animer des axes de recherche, notamment
en algoritmique, vers des utilisations innovantes des instruments en lien avec les thématiques
de ROSEA. C'est notamment le cas concernant les radars profileurs avec des perspectives de
restitution de la vapeur d'eau.
•
IR Bap C instrumentation lidar. Ce poste a été identifié comme un besoin prioritaire dans le
cadre du réseau NDACC. La Station Gérard Mégie de l’OHP et l’OPAR mais aussi la station
de Dumont d’Urville mettent en œuvre des dispositifs lidar similaires et demandent une
expertise technique commune qui fait actuellement défaut dans certaines stations suite
notamment à des départs en retraite non remplacés. Par ailleurs le domaine d’application des
lidars s’élargit et des lidars troposphériques sont présents dans presque toutes les stations du
SOERE. L’accroissement du potentiel technique sur les lidars est donc une priorité de ROSEA
•
IR Bap E Gestionnaire de bases de données; Le but de ce poste est de remplir les missions
génériques du SOERE en matière de gestion des données, à savoir le développement du
portail des données du SOERE et du système de collecte centralisé pour la mise à disposition
en temps réel des données pouvant être assimilées dans les modèles de prévision du temps
météorologique ou chimique ou pour la validation spatiale. Il pourrait s’agir d’un poste
labellisé « ETHER » ou « ICARE ».
30
ANNEXES
ANNEXE 1
SCIEN 1. 1 Analyseur PICARRO Isotopes de l’Eau
La mesure in situ de le composition isotopique dans la vapeur d'eau en surface est rendu possible
depuis 2 ans environ grâce à la technologie laser (Intrument picarro WS-CRDS). Cet instrument, testé
et validé dans les laboratoires du LSCE (Tremoy et al., in prep.), a été installé avec succès en 2010 sur
différents sites: Groenland, et Niger. Cet instrument mesure simultanément la composition en oxygène
18 et deutérium avec un pas de temps de l'ordre de 5 secondes; ne nécessite pas de compétences en
optique et offre des précisions identiques à la mesure classique par spectrométrie de masse pourvu
qu'un protocole précis soit respecté (Tremoy et al. in prep.).
La composition isotopique de la vapeur d'eau apporte des informations sur l'origine et le transport
(advection horizontale ? origine stratosphérique ? recyclage par la surface ? ) de l'eau ainsi que sur les
processus atmosphériques qui ont affecté l'eau (reévaporation, intensité de la subsidence dans les
systèmes convectifs). En effet, la signature isotopique de la vapeur d'eau diffère suivant l'histoire de la
vapeur d'eau et des changements de phase qu'elle a subis.
Les sites de l'OPAR et du SIRTA représentent dans ce sens une opportunité unique de mesure dans
des environnements contrastés relativement aux mesures déjà engagées par ailleurs (continent tropical
et pôle) et bénéficiant d'un ensemble de mesures auxiliaires indispensables pour l'interprétation des
données isotopiques.
Enfin, nous avons récemment montré que des diagnostiques basés sur la composition isotopique de la
vapeur d'eau atmosphérique permettaient d'évaluer la représentation des processus humides dans les
modèles de climat (Risi et al., submitted).
- Tremoy G., Vimeux. F, Cattani O., Temperature and humidity dependence for in situ water vapor
isotope ratios measurements with a Wavelength-Scanned Cavity Ring-Down Spectroscopy (WSCRDS) technology using the Standards Delivery Module (SDM) isotopic calibration, Rapid
Communication in Mass Spectrometry, in prep.
- Risi C., Noone D., Worden J., … Bony S., et al., Process-evaluation of tropical and subtropical
tropospheric humidity simulated by general circulation models using water vapor isotopic
observations, Journal of Geophysical Research, submitted in Dec 2010.
1 Picarro Isotopic Water system and Periphals
88 193 USD =
66 310 €
Détail :
- 1 Continuous Water vapor Analyser Picarro L2120-i
57 926 USD
- 1 Liquid Sample High precision Vaporizer Picarro A0211
11 677 USD
- 1 Standards Delivery Module Picarro A0101
16 500 USD
- 1 LCD Monitor Picarro A0901
300 USD
- Shipping charge (packing, shipping and insurance to HSM)
1760 USD
Année 1 (OPAR) : 66 k€
Année 2 (SIRTA) : 66 k€
31
SCIEN 1.2 Cluster MS
L'impact potentiel des nanoparticules sur l'environnement et la santé est une préoccupation
forte de ces dernières années. À l'heure actuelle, la quantification des sources de nanoparticules reste
une des incertitudes majeures dans les modèles, en particulier pour les sources secondaires organiques,
ce qui affaiblit notre capacité de prédire la qualité de l'air et réduit la fiabilité des modèles climatiques
globaux (Pierce et Adams 2008).
Dans de nombreux environnements, il a été montré que la formation de nouvelles particules
par nucléation et croissance peut contribuer de manière significative au nombre total des particules
d'aérosol atmosphérique (Spracklen et al. 2006, 2010). La formation de nouvelles particules ultrafines
en atmosphère naturelle est observée sous forme d’ «événements» de plusieurs heures, au cours
desquels des particules nanométriques sont formées à des concentrations élevées (jusqu’à 106 cm-3) et
croissent rapidement vers tailles de l’ordre de la dizaine de nanomètres.
Avec le développement de l’instrumentation capable de détecter ces particules nanométriques,
les événements de nucléation ont été observés dans un nombre croissant d'environnements (voir
Kulmala et al. 2004 pour une revue). Récemment, nous avons montré à l’aide de cette instrumentation
que la nucléation d’embryons de particules a également lieu in situ sur les sites de haute altitude
(Venzac et al 2008;. Boulon et al 2010). Cependant, les mécanismes par lesquels ces nouvelles
particules sont formées sont encore mal connus. Les précurseurs peuvent être l'acide sulfurique dans
certains environnements tels que les zones urbaines polluées. Ils peuvent également être d'autres
composés dans d'autres environnements tels que des amines et des terpènes dans les zones forestières,
ou des organiques iodés dans des atmosphères marines côtières. En haute altitude, la nature exacte de
ces embryons de particules est encore inconnue. L'identification des embryons de particules est une
information clé pour la compréhension des processus de nucléation.
L’acquisition d’un Cluster-Orbitrap permettrait l'analyse de la composition chimique de ces
clusters sur le site du Puy de Dôme, mais également de caractériser les espèces impliquées dans la
croissance des embryons vers des tailles pertinentes d’un point de vue climatique. La station est
reconnue au niveau européen pour ses recherches sur la nucléation de nouvelles particules
nanométriques, et cette instrumentation permettrait au site de rester compétitif dans ce domaine au
niveau international.
Plusieurs demandes sont encours pour compléter le financement du Cluster-Orbitrap (ERC,
ANR, Région CPER).
EXACT-11000 Exactive / HCD System with Pathfinder Software
Comprenant détecteur LC/MS à transformée de Fourrier
268 K€
TOTAL demandé à ROSEA
100 K€
Références :
Pierce, JR; Adams, PJ, Uncertainty in global CCN concentrations from uncertain aerosol nucleation and primary emission
rates, ATMOSPHERIC CHEMISTRY AND PHYSICS, 9 (4): 1339-1356 2009
Spracklen, DV; Carslaw, KS; Kulmala, M; et al., The contribution of boundary layer nucleation events to total particle
concentrations on regional and global scales, ATMOSPHERIC CHEMISTRY AND PHYSICS, 6: 5631-5648 DEC 18 2006
Spracklen, DV; Carslaw, KS; Merikanto, J; et al., Explaining global surface aerosol number concentrations in terms of
primary emissions and particle formation, ATMOSPHERIC CHEMISTRY AND PHYSICS, 10 (10): 4775-4793 2010
Venzac, H; Sellegri, K; Laj, P; et al., High frequency new particle formation in the Himalayas, PROCEEDINGS OF THE
NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA, 105 (41): 15666-15671 OCT 14 2008
32
SCIEN 1.3 Emetteur Klystron pour Radar Nuage Doppler
Le radar nuage Doppler 95 GHz pulsé nomme RASTA est un élément essentiel du dispositif du
SIRTA permettant la caractérisation des propriétés des nuages non ou faiblement précipitants. Sa
complémentarité avec les mesures lidar réalisées au SIRTA permet la caractérisation de tous types de
nuages. Le LATMOS a investi des efforts considérables ces dernières années pour se doter de
méthodes de traitement élaborées pour passer des mesures radar Doppler et lidar aux propriétés
microphysiques et radiatives des nuages. Cependant, ce type de radar a une faiblesse : son coût de
fabrication et de maintenance pour fonctionner en continu telles que celles préconisées pour les
objectifs scientifiques de ROSEA, notamment l'acquisition de longues séries temporelles permettant
d'aborder la problématique des tendances climatiques liées aux nuages en région parisienne. Le coût
de fabrication étant assuré, et le tube actuel du radar ayant été finance par le CNES pour des
opérations de validation de la mission A-Train (NASA/CNES) avec RASTA en mode aéroporté, il est
impératif d'acheter un tube réservé pour les opérations de RASTA au SIRTA dans le cadre de ROSEA.
C'est l'objet de la demande financière présentée ici. Pour information, après plusieurs aléas concernant
la durée de vie de ces tubes, il semble que ce problème soit résolu puisque c'est le même émetteur qui
fonctionne actuellement sur le radar spatial CPR de la mission CloudSat, lancé en avril 2006 et dont
les performances sont toujours optimales après presque 5 ans de fonctionnement continu (pertes de
puissance sur 4 ans estimées à 0.5 dB)."
Les publications exploitant les mesures RASTA au SIRTA sont nombreuses et démontrent la valeur
scientifique d’un tel instrument pour l’exploration des processus physiques liés aux nuages, ainsi que
la validation d’observations spatiales.
Dupont J.-C., et al.: Stratus fog formation and dissipation. A 6-day case study. Submitted to Boundary Layer Meteorology,
November 2010 (ISARS 2010 special issue).
Bouniol, D. et al. : Using continuous ground-based radar and lidar measurements for evaluating the representation of clouds
in four operational models. Journal of Applied Meteorology and Climatology 2010 ; e-View doi:
10.1175/2010JAMC2333.1
Haeffelin, M., et al., 2010. PARISFOG: Shedding New Light on Fog Physical Processes. Bull. Amer. Meteor. Soc., 91, 767783. doi: 10.1175/2009BAMS2671.1
Protat, A., et al., 2009: Assessment of Cloudsat Reflectivity Measurements and Ice Cloud Properties Using Ground-Based
and Airborne Cloud Radar Observations. J. Atmos. Oceanic Technol., 26, 1717-1741
Delanoe J, et al., 2007: The characterization of ice cloud properties from Doppler radar measurements, J. Appl. Meteor.
Climat., 46, pp. 1682–1698.
Illingworth, A.J., et al., 2007: Cloudnet, Continuous Evaluation of Cloud Profiles in Seven Operational Models Using
Ground-Based Observations. Bull. Amer. Meteor. Soc., 88, 883–898.
Protat A.1, et al. ; Evaluation of ice water content retrievals from radar reflectivity and temperature using a large airborne insitu microphysical database ; 2007 ; J. Appl. Meteor. Climat., 46, pp. 557–572.
Protat A., et al., 2006: The impact of conditional sampling and instrumental limitations on the statistics of cloud properties
derived from cloud radar and lidar at SIRTA. Geophysical Research Letters, doi:10.1029/2005GL025340.
Daloze J-F., M. Haeffelin, Validation of SAFNWC/MSG Cloud Top Height using ground-based lidar and radar
measurements. Visiting Scientist report, CMS Lannion, March 2005. Report available on :
http://www.meteorologie.eu.org/safnwc/publis.htm
Delanoë J., et al, 2005: Statistical properties of the normalized ice particle size distribution, J. Geophys. Res., 110, D10201,
doi:10.1029/2004JD005405.
Tinel, C., et al, 2005: The retrieval of ice cloud properties from cloud radar and lidar synergy. Journal of Applied
Meteorology, Vol. 44, No. 6, pages 860–875.
Une source Phase Locked à 95 GHz Type PLO-10-10-95.00 de chez Farran
Technology
Un switch circlateur de protection du récepteur Modele 409D-XX de chez EMS
Technologies
Un tube Kytron 95GHz pour emetteur 1 kW
TOTAL
33
16 k€
16 k€
100 k€
132 K€
SCIEN 1.4 Démonstrateur GRUAN
Pour répondre aux exigences climatiques dans le système d’observation globale, le Global Climate
Observing System (GCOS) de l’Organisation Mondiale de la Météorologie (OMM) propose de placer
au sommet de son dispositif d’observation, le « GCOS Reference Upper-Air Network » (ci après
GRUAN, pour réseau GCOS de référence pour la mesure en altitude) dédié à l’observation de
paramètres atmosphériques essentiels pour le climat. Il s’agit d’enregistrements climatiques de
haute qualité de grandeurs telles que la température et l’humidité sur la colonne troposphérique
et stratosphérique, le rayonnement solaire et infrarouge en surface, les concentrations de
certains composants de l’atmosphère comme l’ozone et les aérosols, mais également les
propriétés des nuages. Ces enregistrements seront réalisés sur le long terme à partir de 30-40 stations
répartis sur le globe. Idéalement ces stations seraient réparties de manière uniforme sur toute la planète
afin d’échantillonner au mieux toutes les conditions climatiques. Dans la pratique, le réseau GRUAN
se développe initialement à partir de capacités existantes, mises en œuvre en Europe principalement
par des agences météorologiques, et aux Etats-Unis dans le cadre d’un programme du « Department of
Energy » déployé sur plusieurs continents.
Ainsi nous proposons de réaliser un démonstrateur de contributions françaises au réseau de référence
GRUAN à partir de capacités existantes (1) en région parisienne et (2) sur l’île de la Réunion, de
l’INSU et de Météo-France. La contribution « région parisienne » est construite à partir des moyens
d’observation mises en œuvre sur le SIRTA de (Palaiseau+Gif), appuyé par les moyens du site de
radiosondage de Météo-France à Trappes, et renforcé par l’expertise de la communauté scientifique
française dans le cadre des réseaux internationaux ARM, BSRN, ICOS, NDACC, PHOTONS, et RGP.
La contribution « île de la Réunion » est de nature à compléter utilement le réseau GRUAN dans
l’hémisphère Sud. Elle serait construite de mesures réalisées dans le cadre de l’OPAR et complétée
par le radiosondage quotidien par Météo-France à Saint Denis (à partir de 2011).
Dans le cadre de ROSEA, un groupe de travail « GRUAN » travaillera sur (1 – « Reference »)
améliorer l’évaluation des incertitudes de mesures et la qualité des mesures existantes ; (2 –
« Upper-Air ») intégrer l’observation de la haute troposphère par radiosondages de haute qualité (040 km). Les progrès potentiels liés à cette double démarche qualité pour la communauté
scientifique française sont multiples et progressifs.
Moyens nécessaires en équipement pour remplir les priorités 1 de GRUAN (amélioration des
radiosondages:
Matériel
Description
Coût (€
HT)
Année 1
Dans le cadre de GRUAN, les radiosondages doivent échantillonner le
Radiosondage domaine 0-40km (contre 0-20km actuellement).
Trappes
Déplacement de l’antenne de communication pour permettre une
portée jusqu’à 40 km.
10 000
Surcoût fonctionnement GRUAN : ballons 1200g/600g (52 unités) ; 3 000
hélium 1200g/600g
Année 2
Le protocole GRUAN prévoit une mesure hebdomadaire du profil
Radiosondage d’ozone. Cette mesure sera combinée à un radiosondage classique.
Trappes
Unité de test pour sonde ozone.
6 800
Surcoût fonctionnement GRUAN
5 000
Année 2
Radiosondage Surcoût fonctionnement GRUAN
15 000
Saint Denis –
La Réunion
TOTAL
40 k€
34
SCIEN 2.1 Automatisation et surveillance du fonctionnement des lidar de l’OHP
Les mesures lidar permettent lors d’un fonctionnement continu, d’étudier la variabilité à l’échelle de
plusieurs minutes. Un système de capteur (météo, incendie, temperature), et d’information du logiciel
d’acquisition permettait d’assurer d’arrêter sans la presence d’opérateurs les mesures lidar en cas de
problèmes techniques ou de changements des conditions météorologiques et permettant ainsi
d’accumuler de longues séries de mesures. Lors du renouvellement des chaines électroniques en 2008
du lidar température de l’observatoire de Haute-Provence, ce dispositive n’a pas été reconduit, pour
pouvoir redévelopper un système centralisé concernant l’ensemble des lidars et des autres instruments.
En effet outre la fonction d’automatisation, il apparait important pour les opérateurs de disposer d’un
systéme centralisé leur donnant l’état de l’ensemble des instruments de la station. Interfacé avec un
site web, cette information est consultable a distance et en temps reel. L’installation de web cam dans
les pieces sensibles (salle laser) permet d’améliorer la sécurité et le cas échant d’assurer les visites
dans des conditions totalement sécurisées.
Ce dispositive propose à l’OHP pourra être dupliquer dans l’ensemble des stations et notamment au
Maïdo où plusieurs lidars fonctionneront simultanément et nécessiteront à terme également un
dispositif de contrôle et d’automatisation.
Système proposé
Le pc de contrôle programme et contrôle les différents modules logiques déportés pour les actions
suivantes : l’ouverture des trappes, la mise sous tension et l’arrêt des expériences, la gestion de la
communication avec les différentes expériences pour prendre en compte les critères particuliers de
fonctionnement.
Le bloc station a en charge l’acquisition des données utiles à tous les instruments de la station
(humidité, luminosité, élévation du soleil, autres à définir). Les données de ce bloc sont prioritaires,
elles définissent la mise en fonctionnement ou l’arrêt des expériences de la station.
Le bloc expérience (reproductible) a en charge la gestion d’une expérience, dans un premier temps le
lidar Ozone Strato. Ce bloc permet la prise en compte des données propres à l’expérience et les
décisions déclenchées par ce bloc n’affectent pas les autres expériences.
Le contrôle à distance des lasers est effectué à partir de la salle de contrôle par un pc connecté à 4
cameras réparties dans les principales salles laser.
Ressources nécessaires à la réalisation du projet
Matériel et missions
Quantité
Pc industriel 2U (contrôle/ programmation 1
des automates)
Pc bureautique (caméra)
1
Onduleur 1500VA
1
Voir devis n°1
Camera IP + serveur web
4
Voir devis n°2
Système de contrôle (modules logiques 1
déportés)
Voir devis n°3
Adaptation électronique, capteurs actuateurs 1
Extension du système à 3 lidars
2
Missions OHP
4
Total
35
Prix unitaire (€)
1000
Total (€)
1000
1000
1000
1000
1000
475
1900
1600
1600
2500
1000
1000
2500
2000
4000
15 k€
SCIEN 2.2 Jouvence du lidar ozone troposphérique de l’OHP
L’étude de la variabilité de l’ozone dans la troposphère reste ainsi une question cruciale notamment pour préciser
le lien complexe entre variation des émissions, changement des régimes de transports et observations des
tendances qui présentent par ailleurs une forte disparité régionale. La station de l’OHP est ainsi particulièrement
bien adaptée pour mener ces études sur les tendances de l’ozone troposphérique, c’est pourquoi ce paramètre est
reconnue comme primaire au sein du réseau NDACC pour cette station. En effet l’OHP dispose de mesures dans
la troposphère par sondes électrochimiques depuis 1984 et par lidar depuis 1991. C’est la plus longue série
d’observations lidar en Europe ce qui permet d’effectuer des comparaisons sur la variabilité de l’ozone par les 2
jeux d’instruments. Ceci justifie pleinement le maintien de réseaux d’observation de l’ordre de 10 stations à
l’échelle régionale. l’OHP est la seule station européenne au sud de 45N. Le site dispose de mesures dans la
troposphère par sondes électrochimiques depuis 1984 et par lidar depuis 1991. C’est la plus longue série
d’observations lidar en Europe ce qui permet d’effectuer des comparaisons sur la variabilité de l’ozone par les 2
jeux d’instruments. La table 1 résume le nombre d’observations disponibles pour les études de tendances depuis
1991 pour les 2 instruments sur 4 périodes de 4-5 ans.
Le lidar de l’OHP a été conçu à la fin des année 1980 et utilise une mesure DIAL dans l’UV à 2 longueurs
d’onde : 289 et 316 nm. Une source laser du type YAG associée à une cellule pressurisée de Deuterium permet
par effet Raman stimulé la génération des 2 longueurs d’onde et a permis un fonction opérationnel en routine qui
s’est avéré extrêmement fiable pour un coût de maintenance assez faible (< 3 k€ par an).
La gamme d’altitude pourrait être étendue vers les basses couches par l’adjonction d’un petit télescope de 30 cm
de diamètre pour couvrir la gamme d’altitude 0.5-3 km. La gamme d’altitude couverte est fortement dépendante
de la qualité du système d’acquisition des signaux lidar. En effet la dynamique du signal retrodiffusé délivré par
les photomultiplicateurs couvre 4 décades. C’est pourquoi nous avons développé au laboratoire un ensemble non
disponible dans le commerce et associant 2 modes d’enregistrement : analyseur de transitoire analogique
(resolution 12 bit, échantillonnage 10 MHz) et comptage de photons ( résolution 200 MHz, intégration sur 250
ns). Ce système qui a 15 ans d’existence est piloté par un PC 486 fonctionnant toujours sous DOS (!) et équipé
d’une carte interface développée au laboratoire en 1990. L’ensemble fonctionne toujours mais a subi une panne
sur une voie analogique fin 2009 que nous avons pu réglé mais il peut retomber en panne d’un jour à l’autre et ne
peut être réparé car les composants de rechange n’existent plus et le savoir faire pour une intervention a disparu
du laboratoire en janvier 2010 avec le départ en retraite de C. Laqui. C’est pourquoi, nous avons décidé de
remplacer l’ancien système dés 2011 pour éviter une longue interruption de l’acquisition des mesures à une
période où l’évolution de l’ozone est importante à suivre.
Un ensemble commercial existe aujourd’hui qui possède des performances analogues à notre système
d’acquisition. Il s’agit du système développé par LICEL utilisé maintenant sur plusieurs lidar du réseau NDACC
dont le lidar stratosphérique de l’OHP et celui de l’Ile de la Réunion. Ce système permet de combiner voie
analogique et voie comptage et est piloté par un PC équipé du système Labview. S’appuyer sur un système déjà
utilisé par d’autres lidar du laboratoire de l’IPSL permettra aussi au nouvel ingénieur de l’UPMC qui suivra les
systèmes électroniques des lidar du laboratoire de ne pas se disperser sur plusieurs analyseurs et aussi de
s’appuyer sur l’expertise technique d’ingénieurs déjà impliqués sur ces systèmes (C. Cenac en détachement au
LMD par exemple).
Budget :
2 ensemble analyseur de transitoire/compteurs de photons
(1 pour chaque longueur d’onde)
1 rack et bloc alimentation
1 PC équipé de Labview
Interface Ethernet
Photomultiplicateurs
Optiques (petit telescope et optique de guidage)
15700 €
1000 €
1500 €
950 €
4700 €
15000 €
Total
38850 €
Mission 1 déplacement OHP 3 jours pour 2 personnes pour
installation du système
900 €
Total demandé
34 100 €
36
SCIEN 2.3 Plateforme régionale de mesure des GES à l’OAP
•
•
Analyseur PICARRO de CO2 et CH4 en continu pour le Pic du Midi
Analyseur CO2/H20 + anémomètre sonique pour la mesure des flux à Lannemezan
Ces demandes sont faites en coordination avec les représentants d’ICOS-France. Elles viennent
s’inscrire dans le cadre du chantier transverse « tendances climatiques » de ROSEA.
L’instrumentation du Pic du Midi avec la mesure continue du CO2 et CH4 permettra d’achever
l’harmonisation des 5 stations ROSEA avec l’équipement de référence préconisé par ICOS pour les
stations associées à son réseau principal. ICOS-France exprime d’autant plus fortement son intérêt à
voir équipée la station du Pic du Midi que (i) le site est reconnu comme le moins influencé par les
émissions européennes, et sa représentativité à grande échelle peut être directement exploitée pour la
validation des modèles, qui fait actuellement défaut ; (ii) des mesures complémentaires nécessaires à
la caractérisation des masses d’air (météo, O3, CO, carbone suie) sont déjà effectuées sur le site (et
des synergies scientifiques sont déjà envisagées, par exemple explorer le lien entre l’activité
photosynthétique (rapport CO2/CO) et le dépôt d’ozone sur les végétaux), et (iii) les mesures du Pic
du Midi serviront de référence du fond troposphérique aux mesures de flux de CO2 en surface
effectuées au CRA. Le point de mesure du CRA rentre dans le cadre du réseau franco-espagnol
Interreg FLUXPYR de mesure des flux en surface des flux d’énergie, d’eau et de CO2 de part et
d’autre des Pyrénées, ainsi que du réseau régional REON (inclus à un projet LABEX récemment
déposé). Ces réseaux subissent actuellement une opération de mise aux normes ICOS. Il s’agit ici
d’équiper un petit mât de 10m pour caractériser le site de prairie du CRA. Ceci viendra en
complément du mât de 65m qui permet de faire des mesures à une échelle intermédiaire entre l'échelle
locale et le pixel satellitaire.
Malgré ces besoins, la mise à niveau de stations associées ne peut pas être envisagée à court terme
dans le cadre budgétaire direct d’ICOS, c’est pourquoi elle est ici demandée pour l’OAP dans le cadre
de ROSEA. En effet, les demandes financières du SOERE « Great Gases » portent sur les efforts de
coordination entre les différentes communautés constituant ce SOERE. Quant au financement
d’équipements par le TGIR ICOS, il est destiné en priorité à la mise à niveau des sites historiques du
SO RAMCES (Amsterdam, Mace Head, Puy de Dome, Gif, Trainou, Ivittuut) pour maintenir les
séries de données existantes. Néanmoins le TGIR ICOS prévoit un effort financier important pour
développer les dispositifs centraux du réseau ICOS, qui permettront en particulier de traiter de manière
coordonnées et univoque les données, et d'apporter un support technique aux stations associées telles
que l'OPAR, l'OHP, l’OAP, l'OPE et Guyaflux.
CO2/CH4 en continu au PDM
Analyseur CO2/CH4 G1301
Pompes, électrovannes, têtes prélèvement,
lignes, détendeurs, etc.
Système dessication
Gaz calibration
Pièces de rechange
Total
Fournisseur
PICARRO
Commentaire
55.000 US$
Total
40 200,00 €
Divers
13 129,00 €
EIF/KNF/Keller/Jaksa
STEININGER
Divers
5 500,00 €
6370,00 €
7 720,00 €
72 919,00 €
Flux CO2/H20 à Lannemezan
Fournisseur
Analyseur CO2/H20 à circuit fermé
EUROSEP
Anémomètre sonique GILL HS-50 +
Alliance Technologie
interface
PC acquisition
Total
37
Commentaire
Avec extension garantie
Total
23 554,00 €
11 870,00 €
estimation
1 000,00 €
36 424,00 €
SCIEN 2.4 Echantillonneur automatique de COV
Cette demande concerne l’acquisition pour la station de mesure atmosphérique d’un désorbeur
thermique automatique associée à une chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse.
Cet instrument permet la mesure des composés organiques volatils à très basses concentrations (limite
de détection, quelques pptv). Les composés organiques volatils (COV) sont des éléments clefs de la
chimie troposphérique. En effet, ils sont en relation avec les principales « sphères » concernées par les
questions environnementales (santé, capacité oxydante, formation d’aérosol, climat) et entrent dans les
divers processus physico-chimiques atmosphériques (oxydation en phase gazeuse et formation de
l’ozone troposphérique et de composés oxydés ; formation et évolution de la phase particulaire et des
nuages).
Ces mesures de COV feront partie du réseau ROSEA mais également du réseau européen
d’infrastructure ACTRIS et viendront compléter les différents sites en altitude de « monitoring » des
COV en Europe (Hohenpeissenberg , Jungfraujoch,…), et seront uniques en France.
Les possibilités analytiques de cet instrument permettront de répondre à plusieurs objectifs essentiels
liés au site labellisé CO-PDD. L’ATD-GC-MS complèterait le parc instrumental afin de mieux
comprendre et quantifier les mécanismes par lesquels l’activité anthropique ou biogénique va avoir
des impacts sur les nuages, le climat, et la qualité de l’air :
•
•
•
Etude des sources de COV afin de différencier la contribution anthropique de la contribution
biogénique et de distinguer la contribution des sources primaires de celles des sources
secondaires,
Etude du rôle des COV et nature de la phase gazeuse en tant que précurseurs d’Aérosol
Organiques Secondaires/ interaction avec le climat,
Etude du rôle des COV dans la capacité photo-oxydante de l’atmosphère et interactions avec
les nuages : répartition gaz/liquide dans le cycle nuageux.
Désorbeur thermique automatique PERKIN-ELMER
Accessoire pour échantillonnage en ligne de l’air ambiant
37 k€
14 k€
TOTAL
51 K€
38
SCIEN 2.5 Convertisseur photolytique NO2
Parmi tous les composés étudiés, les oxydes d'azote tiennent un rôle déterminant dans la chaîne des
réactions catalytiques productrices d’ozone. De plus, les NOx (NO+NO2) jouent un rôle critique dans
les réactions qui détermine l’abondance des radicaux OH et les réactions de recyclage entre les
radicaux OH et HO2. Les concentrations des oxydants dans l’atmosphère (ozone, peroxyde
d’hydrogène, hydroperoxydes organiques) sont fortement couplées aux concentrations des espèces
azotées de l’atmosphère. Aussi la spéciation des concentrations de ces espèces azotées est essentielle
pour comprendre la photochimie troposphérique permet de situer la position du panache de pollution
et de valider la partie transport des simulations des modèles de chimie et de transport.
Pour la mesure spécifique du NO2, l’échantillon de mesure doit traverser préalablement un
convertisseur photolytique avant d’arriver à l’analyseur.
NO2 + hν (fourni par la lampe UV) NO
Les appareils commerciaux sont équipés d’un convertisseur au molybdène, qui n’est pas seulement
spécifique à NO2 mais également à d’autres NOy. En utilisant le four au molybdène, nous surestimons
de manière systématique la concentration en NO2.
Blue Light converter (BLC) for NO2, meteorologie consult gmbh
10 k€
TOTAL
10 K€
39
SCIEN 2.6 Jouvence du spectromètre automatique Dobson de l’OHP
Un spectromètre Dobson a été installé par la NOAA à l’Observatoire de Haute-Provence en 1983,
pour la mesure de la colonne totale et de la distribution verticale d’ozone. A ce titre, il fait partie des
instruments dont les mesures sont suivies et analysées par le Dr. Robert Evans de la NOAA. Les
mesures à l’OHP obtenues depuis 27 ans contribuent ainsi aux séries de mesures historiques utilisées
pour l’étude de la perte puis du rétablissement de la couche d’ozone à la suite du protocole de
Montréal. Le spectromètre Dobson a de plus l’avantage d’être automatisé, ce qui permet de réaliser
des mesures de la distribution verticale d’ozone à l’aube et au crépuscule à partir de la méthode
Umkehr. Si ces mesures ont une résolution verticale beaucoup plus faible que celle d’autres mesures
réalisées sur le site de l’OHP (lidar, sondages ballons), elles sont très utiles, du fait de leur durée, pour
évaluer le rétablissement de l’ozone dans la haute stratosphère, région particulièrement sensible pour
l’étude de l’ozone. Les mesures de colonne totale et de distribution verticale d’ozone par la méthode
Umkehr de l’OHP ont été utilisées pour la dernière évaluation de l’état de la couche d’ozone (Report
on the state of the ozone layer – 2010, WMO).
L’instrument a fonctionné correctement pendant ces dernières années mais le vieillissement de nombre
de ses composants et un accident lié à la foudre rendent nécessaires des opérations de jouvence. La
jouvence des spectromètres Dobson de Boulder et Mauna Loa (instruments principaux de la NOAA) a
été effectuée à l’aide d’un système développé par la Japan Meteorological Agency (JMA) ainsi qu’en
témoigne la lettre d’explication de la NOAA en annexe. Le spectromètre de l’OHP étant suivi par la
NOAA et le Dr. Robert Evans étant le spécialiste mondial de ce type de mesures, il est nécessaire
d’effectuer la jouvence de l’OHP suivant les conseils de la NOAA.
Le cout de l’opération est estimé à environ 50 000 € en incluant le coût du nouveau système
d’automatisation (41 400 USD en 2007) et le cout du voyage du Dr Evans, de son technicien et du
représentant de la JMA qui a développé le nouveau système.
40
TECH 1.1 Composants pour jouvence des radars profileurs de vent
Les cinq sites de ROSEA sont tous équipés en radar profileurs de vent. Trois d'entre eux font partie
du réseau européen CWINDE, dont les données sont utilisées dans les modèles européens (ECMWF
DWD, MetOffice). Leur exploration continue de la dynamique troposphérique sert de référence aux
autres mesures effectuées, notamment celles, in situ, d'espèces en trace ou aérosols.
Ces radars ne bénéficient pas tous d'un soutien récurrent, et dans le cadre du chantier instrumental
radar de ROSEA, la jouvence du réseau national est nécessaire, pour assurer et optimiser le
fonctionnement de l'ensemble des radars des cinq sites, augmenter le nombre de radars inclus dans le
réseau CWINDE, re-dynamiser la communauté réduite d'experts techniques, ingénieurs et chercheurs
sur cette thématique, qui constitueront le groupe de travail du chantier instrumental.
Par ailleurs, Météo France a dernièrement décidé de décommissionner le profileur de vent
opérationnel de la Ferté-Vidame. Ce radar profileur de vent est pourtant, de loin, le radar le plus
performant et le plus récent de ce type (radar ST, VHF) en France. Il serait donc aberrant de perdre un
tel outil. Dès lors une réflexion doit être menée au sein du SOERE ROSEA, en associant tous les
laboratoires, afin de considérer le transfert du profileur de la Ferté Vidame dans le giron « observation
et recherche » de ROSEA pour le développement de nouvelles thématiques de recherche et
d’observation portant sur la caractérisation et l’étude de la dynamique atmosphérique (profils de vent
et d’humidité, couche limite et turbulence, échanges strato-troposphère, cyclogénèse et folliation de
tropopause, etc.) Toutefois, une telle entre entreprise nécessitera des moyens complémentaires qui
dépassent le cadre du SOERE : démontage technique du radar, transport et réinstallation sur un site
nouveau adéquat, remise à niveau de quelques éléments d’antennes et protection des relais, etc. Un tel
chantier peut-être estimé à un peu plus de 120 k€ hors coûts de personnels, mais il doterait la
communauté recherche des observatoires d’un système de pointe pour un coût marginal en rapport
avec les performances du radar.
Le total demandé pour la jouvence des radars profileurs du réseau national et le chantier technique est
de 100 k€, détaillés ci-dessous:
Matériel nécessaire
Radar
Coût
concerné
Emission (modules de puissance à changer, 3x1,5 k€), les antennes (relais de Radar ST 20 k€
commutation, 8 k€), l'archivage des données (1 k€), la fabrication d'une carte OHP
de commande (1,5 k€), la génération de fréquences (3 k€), et du petit
matériel (connectique, composants) (1.7 k€)
Module d'alimentation (2.00 k€), un relai d'antenne (3.95 k€), un limiteur Radar
30 k€
(3.60 k€), un circulateur (1.25 k€) et un émetteur (19 k€)
UHF
OAP
Emission (émetteur nouvelle génération du type de celui mis en place sur le Radar ST 50 k€
VHF de Lannemezan : ~ 40 k€), la jouvence de relais (~ 5 k€) et la réfection CO-PDD
du champ d’antenne (~ 3,5 k€) , ainsi que du petit matériel (connectique et
composants : ~ 1,5 k€)
TOTAL
100 k€
41
ANNEXES 2
Personnel SIRTA
Nom
Tâche de coordination
HAEFFELIN, Martial
Statut
Fonction
%
IR1 CNRS IPSL
Directeur scientifique et technique de l’observatoire
70
DUPONT, Jean-Charles
Phy.Adj UVSQ
IPSL
Responsable Exploitation Scientifique
70
PIETRAS, Christophe
IR2 CNRS LMD
Responsable infrastructure et mesure
75
BOITEL, Christophe
IR2 CNRS LMD
Responsable informatique et base de données
75
Personnel en charge du fonctionnement transverse
ROMAND Bernard
IE CNRS LMD
Fonctionnement et maintenance infrastructure et
instruments
(*autres 25% : développement électronique lidar)
75
LAPOUGE Florian
AI CNRS LMD
Fonctionnement et maintenance instruments
(*autres 25% : développement optique et mécanique
lidar)
75
BELAID Mahdi
TSI MétéoFrance
Opérateurs et maintenance des instruments
100
Personnel en charge de maintenance et développement
MORILLE Yohann
IE CNRS LMD
Calcul scientifique traitement du signal
75
CHARDENAL Laurent
AI CNRS
LATMOS
Développement acquisition données/contrôle
instruments LATMOS
20
LE GAC Christophe
IR CNRS
LATMOS
Electronicien : développement et tests instruments
LATMOS
10
VINSON Jean-Paul
IE CNRS
LATMOS
Electronicien : développement et tests instruments
LATMOS
20
LEFRANC, Yannick
Ing. EDF R&D
CEREA
Responsable technique mesures radar UHF,
rayonnement, météo
25
DEMENGEL,
Dominique
Ing. EDF R&D
CEREA
Responsable technique mesures Sodar, anémomètres
soniques
25
LHOIR, Thomas
Tech EDF R&D
CEREA
Fonctionnement et maintenance des équipements du
CEREA
50
Responsables scientifiques (PI instrument, responsable de projets, …)
BARTHES Laurent
MdC UVSQ
Spectro-pluviomètres
LATMOS
10
BESSON Florence
Ing. Météo-France
Radiosondage
5
BROGNIEZ Gérard
PR Lille LOA
Radiomètre IR
10
BROGNIEZ Hélène
MdC UVSQ
LATMOS
Radiomètre micro-onde
10
CHEPFER Hélène
Pr UPMC LMD
Responsable enseignement. Co-PI EarthCARE
10
CHERUY Frédérique
CHIRIACO Marjolaine
CR CNRS LMD
MdC UVSQ
LATMOS
DEPHY (évaluation physique modèles)
EUCLIPSE (contribution CMIP-5)
15
10
DELANOE Julien
Chair UVSQ
LATMOS
Radar Doppler Nuage BASTA
10
DROBINSKI Philippe
CR CNRS LMD
Anémomètres soniques
5
DUPONT Eric
Ing. EDF R&D
Sodar et Radar UHF
20
42
CEREA
DUPONT Jean-Charles
Phy Adj UVSQ
IPSL
Radiomètre profileur micro-onde et GPS
PI PARISFOG
**
HAEFFELIN Martial
IR CNRS IPSL
Lidar nuage-aérosol, radiomètres BSRN
PI France Action COST EG-CLIMET ;
**
ELIAS Thierry
Ing. HYGEOS
PI PREVIBOSS
20
GODIN-B. Sophie
DR CNRS
LATMOS
PI RISC-UV
10
GOLOUB Philippe
PR Lille LOA
Photomètre et PI PHOTONS
5
GROS Valérie
CR CNRS LSCE
Mesure O3 et CO sol ; PI REACTIVITE OH
15
LAJ Paolo
Phy. LGGE
PI ACTRIS
5
MUSSON-GENON Luc
Ing. EDF CEREA
PI TRACAGE ; Président CS SIRTA
10
De PAULA CORREA
Marcelo
U. Etajoba, Brésil
Radiomètres UVA-E
5
PROTAT Alain
CR CNRS
LATMOS
Radar Doppler Nuage RASTA. Co-PI EarthCARE
10
RAVETTA François
Pr. UPMC
LATMOS
PI EARLINET-ASOS
5
RICHARD Daniel
MdC Paris-7 IPGP
Turbulence dans couche de surface
10
SCIARE Jean
CR CNRS LSCE
Mesures aérosols in-situ et PI PARTICUL’AIR
15
WILSON Richard
CR Paris 6
LATMOS
Radar ST
10
** ETP déjà comptabilisés dans la catégorie « coordination ».
Personnel CO-PDD
Nom
Statut
Fonction
%
Tâche de coordination
Colomb A.
Sellegri K.
Deguillaume L.
Van Baelen J.
Montoux N
Pointin Y.
détachée Phys.
Adj. OPGC,
MCF Université
CR2-CNRS
LaMP
Phys. Adj.
OPGC
CR1-CNRS
LaMP
MCF
CR1-CNRS
LaMP
Responsable station CO-PDD, mesures gaz et mesures
chimiques de l'eau nuageuse
50%
Responsable mesures aérosols
30%
Responsable mesures in-situ eau nuageuse et
communauté microbienne, mesures chimiques,
modélisation processus chimiques (M2C2)
Mesures Radar -
50%
Mesures LIDAR
20%
Mesures Radar - Responsable Station Opme
50%
15%
Personnel en charge de la maintenance et développement
Bernard C.
Bouvier L.
Cacault P.
Dupuy R.
Fournols J.F.
Fréville P.
Gourbeyre C.
Hervier C.
TCN OPGC
Tech CDD
OPGC
AI CNRS
IR2 CNRS
IR1 CNRS
IR2 CNRS
IE2 CNRS
IE2 OPGC
Maintenance Mécanique
Suivi des mesures / Echantillonnage / Analyses
Réseau informatique
Mesures plate-forme aéroportée
Electronique, Acquisition
Mesures Radar / LIDAR
Responsable Technique Soufflerie
Mesures Radar / Mesures Précipitations
43
30%
100%
20%
10%
20%
50%
20%
50%
Philippin S.
Picard D.
Pichon J.-M.
Raymond C.
Ribeiro M.
Rivet S.
IR2 CDD
ACTRIS
IE1 CNRS
IE2 OPGC
TCS OPGC
TCN CNRS
IE2 OPGC
Gestion du programme EUSAAR/ACTRIS
100%
Temps réel, Mesures Aérosols
Responsable Technique Station PDD
Maintenance Electricité
Maintenance instruments, Contrôle Qualité
Base de données
20%
80%
30%
80%
20%
Mesures Aérosols / Optique. PI photomètre.
10%
Mesures microphysiques. PI plateforme aéroportées
10%
Mesures LIDAR, PI néphélomètre polaire
10%
PI Instruments et coordinateurs projets
Roger J.C.
Schwarzenboeck A.
Shcherbakov V.
Flossmann A.
O. Masson
Schmidt M
Kazan V.
Monier M
Chaumerliac N
Professeur
Université
Professeur
Université
Professeur
Université
Professeur
Université
Ingénieur IRSN
Chercheur
Chercheur
Maître de
conférence
DR1 CNRS
PI projet bioclouds
PI Radionucléides (OPERA)
PI GES parGC continu (RAMSES-ICOS)
PI CO2 (RAMSES-ICOS)
PI projet Chambre IN
5%
5%
5%
5%
modèle M2C2
5%
Personnels travaillant pour le CO-PDD : Il inclut le personnel technique rattaché à l’UMS 833 de
l’OPGC et le personnel scientifique rattaché au LaMP et s’investissant dans des taches techniques ou
administratives pour le CO-PDD en dehors de l’exploitation scientifique. Total CO-PDD : 10 ETP
Personnel OPAR
Nom
Statut
Fonction
%
Tâche de coordination
BARAY Jean Luc
Phy.Adj (OPAR)
Directeur de l’UMS 3365, directeur de l’OPAR
50
BARBLU Martial
Attaché Admin.
Responsable administratif OSU-Réunion
5
DELMAS Robert
DR CNRS
Directeur de l’OSU-Réunion
20
Personnel (OPAR) en charge du fonctionnement, maintenance et développement
COURCOUX Yann
IR CNRS
Ingénieur instrumentation (lidar – radar)
100
DUFLOT Valentin
Doctorant (BDI)
Mesures lidar aérosol et FTIR
50
FERRE Hélène
IR CNRS
Ingénieur systèmes ; bases de données
70
GABARROT Frank
IE CNRS.
Ingénieur informaticien, développements logiciels, calcul 70
scientifique
HERNANDEZ Patrick
T. Université
Opérateur instruments
METZGER Jean-Marc
IE Université
Ingénieur instrumentation (radiosondages spectromètres, 100
mesures in-situ)
POINEN Joyce
AI CNRS
Secrétariat et gestion
50
RICHARD Stéphane
T. CNRS
Opérateur instruments
100
100
Responsables scientifiques (PI instrument, responsable de projets, …) LACy et autre laboratoires
BARAY Jean-Luc**
Phys. Adj., OPAR
Lidar ozone troposphérique Lidar H2O
BARTHE Christelle
CR CNRS, LACy
Mesures d’électricité atmosphérique
44
10
BENCHERIF Hassan
PR, LACy
Lidar RMR
10
BROGNIEZ Colette
PR Lille LOA
Spectromètre UV
10
CAMPISTRON Bernard
Physicien OMP
Radar UHF
10
CHAZETTE Patrick
Ingénieur CEA, LSCE Radar mobile aérosols
DELMAS Robert **
DR CNRS, LACy
Ozone – CO in situ
DE MAZIERE Martine
DR, IASB Bruxelles
Spectromètres FTIR
20
HAUCHECORNE Alain
DR CNRS LATMOS
Lidar Vent
10
GODIN-B. Sophie
DR CNRS LATMOS
Lidar ozone stratosphérique
10
GOLOUB Philippe
PR Lille LOA
Photomètre et PI PHOTONS
5
KECKHUT Philippe
Physicien LATMOS
Lidar RMR et PI NDACC
20
PAZMINO Andrea
Phys. Adj LATMOS
PI SAOZ
5
POSNY Françoise
MCF, LACy
Radiosondages
20
RAMONET Michel
CR CNRS LSCE
Mesures GES et PI RAMCES
10
RICAUD Philippe
DR DNRS, LA
Radiomètre micro-ondes
5
TULET Pierre
Ing. Météo-F, LACy
Projet FOURNEX
30
10
** ETP déjà comptabilisés dans la catégorie « coordination ».
Personnels travaillant pour l’OPAR : Il inclut le personnel technique rattaché à l’UMS 3365 de l’OSU
réunion (6,3 ETP) et le personnel scientifique rattaché au LACy (2 ETP) et s’investissant dans des
taches techniques ou administratives pour l’OPAR en dehors de l’exploitation scientifique
Personnel OAP
Nom
Grade / organisme
Tâches de coordination
F. Gheusi
M. Lothon
Phys. Adj. CNAP
CR1 CNRS
Fonction
Responsable OAP
Co-responsable OAP
Resp. adj. Site CRA
F. Lohou
MCF UPS
Resp. Site CRA
J.M. Abbadie
IE hors classe UPS
Resp. Site PDM
Personnels en charge du fonctionnement, maintenance et développement
Y. Meyerfeld
IE CNRS
Base de données PAES
G. Athier
IR CNRS
Responsable
Instrumentation PDM
S. Derrien
AI CNRS
Responsable
Instrumentation CRA
Y. Bézombes
IE CNRS
Radiofréquence,
hyperfréquence
J.M. Cousin
IE CNRS
Instrumentation PAES
J.M. Martin
AI CNRS
Instrumentation PAES
E. Gardrat
IE UPS
Analyses aérosols
P. Castera
AI UPS
Analyses aérosols
Equipe OMP Pic du Midi 12 personnes (à 30%)
Interventions
/
maintenances de premier
niveau
sur
l’instrumentation du Pic
du Midi
M. Delmotte
IR CNRS
Mesures CO2/CH4
L. Laffont
IE CNRS (CDD)
Mercure atmosphérique
Responsables scientifiques (PI instruments, responsables de projets)
V. Pont
MCF UPS
PI Aérosols PDM
F. Gheusi
Phys. Adj. CNAP
Resp. SO PAES
45
% ETP
50%
20%
10%
10%
20%
20%
100%
100%
expertise
15%
10%
10%
360%
5%
30%
20%
**
P. Ricaud
F. Saïd
DR2 CNRS
MCF UPS
S. Soula
F. Mesnard
Phys. CNAP
MCF UPS
O. Masson
J. Sonke
B. Campistron
C. Liousse
M. Ramonet
Ingénieur IRSN
CR1 CNRS
Physicien émérite
CR1 CNRS
CR1 CNRS
H2O et O3 NDACC
Mât instrumenté CRA
Profileurs de vent CRA
Electricité atmosphérique
Radiomètre
troposphérique
Radionucléides (OPERA)
Mercure atmosphérique
Radars profileurs
Aérosols
Responsable
SO RAMCES - ICOS
Dynamique
P. Durand
DR2 CNRS
Total
** ETP déjà comptabilisés dans la catégorie « coordination ».
20%
20%
50%
5%
10%
20%
expertise
expertise
expertise
expertise
9,05 ETP
Personnel OHP
Nom
Statut
Fonction
%
Tâche de coordination
PERRIN Jean-Marie
IR CNRS
Coordination scientifique de la station
50 %
KECKHUT Philippe
Phys. UVSQ
Coordination des activités NDACC
50 %
TOURNOIS Guy
IE CNRS
Chef de station et développement techniques
100%
Opérateur en Station
20 %
MOLLET Christian
AI CNRS
100%
GOMEZ Frédéric
T CNRS
KAZMARECK Gilles
TCNRS
100%
DACANCECAO Pierre
TCNRS
100%
Opérateurs et maintenance des instruments
100%
Personnel en charge de la maintenance et développement
THETIS Michele
IE CNRS
Transfer de données, base de données, web
50%
COURCOUX Yann
IE CNRS
Coordination technique et Lidar
20%
PINHARABDA Manuel
IR CNRS
Coordination technique SAOZ
30%
D’Almeida Eric
IE CNRS
Electronique Lidar
40%
PORTENEUVE Jacques
Retraité CNRS
Optique
30%
ANCELLET Gerard
DR CNRS
Lidar ozone troposphérique et sondage ballon
20%
BROGNIEZ Colette
PR Lille
Spectromètre UV
20%
GODIN-BEEKMANN Sophie
DR CNRS
Lidar ozone stratospherique et sondage ballon
20%
GOLOUB Philippe
PR Lille
Photometre AERONET
10%
GHEUSI François
Phy Ad OMP
Mesure O3 et CO sol
20%
DE BACKER Marie-Renée CR Reims
Dobson
10%
EVANS Robert
NOAA
Dobson
10%
HAUCHECORNE Alain
DR CNRS
Lidar température et lidar turbulence
20%
JUMELET Julien
Phy. Adj UVSQ
Lidar Aerosol
20%
PI Instruments
46
PAZMINO Andrea
Phy. Adj UVSQ
SAOZ
20%
POMMEREAU Jean-Pierre DR CNRS Emerit
SAOZ
10%
SARKISSIAN Alain
Phy. Adj. UVSQ
Spectres Elodie
20%
THUILLIER Gerard
IR CNRS
Pyranometre, DOAN, DOAS
20%
VON ROZENDAL Michel BIRA
Spectro BrO
20%
WILSON Richard
Radar ST
20%
CR Paris 6
47