Interpréter finement les mesures réalisées dans les observatoires de haute altitude
Grâce aux données recueillies lors de la campagne Pic 2005, des chercheurs du Laboratoire d'aérologie (LA/OMPUPS, CNRS), du Laboratoire atmosphères, milieux, observations spatiales (LATMOS/IPSL, UVSQ, CNRS, UPMC) et du Laboratoire de physicochimie de l'atmosphère (LPCA, Université du littoral côte d'Opale) ont pu quantifier précisément l'impact des mouvements ascendants diurnes des masses d'air le long des pentes sur les mesures de concentrations d'ozone réalisées à l'Observatoire du pic du Midi. Ils ont ainsi pu montrer que les concentrations au sommet du pic (2875 mètres d'altitude) sont corrélées à celles des couches d'air situées entre 1000 et 2000 mètres d'altitude.
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Vue partielle de la plateforme scientifique du pic du Midi.
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François Gheusi, LA/OMP
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Les observatoires de haute altitude jouent depuis un demi-siècle un rôle prépondérant dans le suivi des évolutions à long terme de la troposphère, notamment en ce qui concerne sa composition chimique. En effet, dans la mesure où ils se situent loin des principales sources de pollution, les mesures qu'ils réalisent dans l'air ambiant du pic sont a priori les plus représentatives de la troposphère à grande échelle.
Ces mesures peuvent cependant être entachées par des effets de surface ou des influences locales propres au milieu montagneux. Il est notamment admis dans la littérature scientifique que les données diurnes acquises sur ces sites sommitaux sont perturbées par le transport ascendant, le long des flancs montagneux, de masses d'air provenant des basses couches de l'atmosphère et qu'elles sont donc peu représentatives des couches situées à la même altitude que l'observatoire mais non perturbées par les montagnes. De ce fait, ces données sont à l'heure actuelle encore peu exploitées pour les modèles numériques de pollution atmosphérique - bien que largement disponibles.
Il est donc primordial pour chaque observatoire d'altitude de caractériser finement la représentativité des mesures qu'il produit.
L'objectif de la campagne de mesure Pic 2005
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était de caractériser les mesures de concentrations d'ozone réalisées depuis l'Observatoire du pic du Midi (42,9°N, 0.1°E, 2875 m), une station permanente du réseau d'observation PAES (Pollution à échelle synoptique).
Outre de mesurer la variabilité du champ d'ozone à proximité du sommet grâce au système lidar du Laboratoire de physicochimie de l'atmosphère (LPCA) de Dunkerque installé au col de Sencours à 500 mètres en contrebas du pic, le dispositif expérimental déployé spécialement pour cette campagne a permis de mesurer :
- les variations du cycle diurne des concentrations d'ozone au pic du Midi,
- les concentrations d'ozone dans les différentes couches de la troposphère libre (non perturbée par les montagnes), à l'aide du système lidar ALTO du Laboratoire atmosphères, milieux, observations spatiales (LATMOS) installé en plaine au Centre de recherche atmosphérique de Lannemezan (site instrumental du Laboratoire d'aérologie) à 28km à vol d'oiseau du pic du Midi.
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Sachant que les couches atmosphériques les plus basses sont toujours plus pauvres en ozone que les couches d'altitude
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, le cycle diurne d'ozone au pic présente comme prévu une baisse en journée en raison des ascendances d'air.
Plus important, les mesures réalisées au cours de cette campagne ont permis de fournir pour la première fois une preuve expérimentale directe et quantitative du fait que les concentrations en ozone mesurées en journée au pic du Midi sont peu représentatives de celles mesurées dans la troposphère libre à la même altitude. Les chercheurs ont en revanche pu établir une corrélation précise entre ces concentrations et celles mesurées dans les couches libres situées entre 1000 et 2000 mètres d'altitude. Ceci permet d'envisager à terme de les utiliser dans les modèles de prévision de la pollution, dont elles étaient écartées jusque-là, comme des mesures diurnes correspondant à de plus basses altitudes.
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Diagrammes de corrélation entre les données d'ozone mesurées in situ au pic du Midi (axe vertical) et celles mesurées par le lidar ALTO à Lannemezan (axe horizontal) : à gauche, mesures lidar à 2,9 km d'altitude (approximativement celle du pic du Midi) ; à droite, mesures lidar moyennes entre 1000 et 2000 m. Les points représentent les mesures moyennées sur 15 min, les triangles celles moyennées sur une demie journée approximativement.
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Notes
- Financé par l'INSU-CNRS et l'Ademe
- Les concentrations d'ozone dans la troposphère augmentent en moyenne avec l'altitude pour de multiples raisons : l'ozone se détruit au contact du sol ; la chimie complexe qu'il entretient avec les oxydes d'azote conduit globalement à une diminution de ses concentrations près de la surface, où ces oxydes sont émis ; les intrusions d'air stratosphérique enrichissent la troposphère en ozone, l'air stratosphérique étant beaucoup plus riche en ozone que l'air troposphérique.
Pour en savoir plus
Service d'observation PAES
Source
Gheusi, F., Ravetta, F., Delbarre, H., Tsamalis, C., Chevalier-Rosso, A., Leroy, C., Augustin, P., Delmas, R., Ancellet, G., Athier, G., Bouchou, P., Campistron, B., Cousin, J.-M., Fourmentin, M., Meyerfeld, Y., Pic 2005, a field campaign to investigate low-tropospheric ozone variability in the Pyrenees, Atmospheric Research (2011), doi: 10.1016/j.atmosres.2011.04.014