La Campagne DéMéVap

L'humidité dans la basse atmosphère joue un rôle crucial dans le développement des processus météorologiques et a un impact majeur sur le bilan radiatif et sur l'évolution du climat. Sa mesure précise reste encore un des enjeux majeur des prévisions météorologiques, comme l’ont démontré de nombreuses études et des campagnes passées. Grâce aux moyens expérimentaux impliqués, AMMA par exemple a déjà permis des avancées significatives dans l’étude des biais des radiosondages de vapeur d’eau (Bock and Nuret, 2009).

Le projet DéMéVap (Développements méthodologiques pour le sondage de la vapeur d’eau dans l'atmosphère) vise à améliorer encore notre capacité de mesure de l'humidité dans l'atmosphère en exploitant la synergie entre différentes techniques de télédétection, optique et radio, et les mesures in-situ (au sol et par radiosondage). Il est porté par un groupe d'experts en mesures atmosphériques de l'IPSL, de l'IGN et de Météo-France, issus à la fois du domaine de la recherche et des services opérationnels.

Un des objectifs de DéMéVap est de définir un protocole expérimental et méthodologique de mesure de l'humidité dans la basse atmosphère utilisant le lidar Raman comme technique de référence. Il ambitionne d'atteindre une mesure absolue d'humidité avec une précicion de l'ordre de 3% sur la colonne totale pour des mesures de nuit. La technique lidar Raman peut alors théoriquement dans ce contexte transférer cet étalonnage absolu aux autres techniques de télédétection opérées aussi bien depuis le sol que depuis l'espace.

La campagne de mesures DéMéVap s'est déroulée à l'OHP entre le 12 septembre et le 21 octobre 2011 avec la collaboration des personnels de la station Gérard Mégie. L’analyse des observations doit permettre d'une part de documenter les biais typiques des techniques de télédétection et des radiosondes opérationnelles et d'autre part de tester de nouvelles méthodologies d'analyse du signal et d'étalonnage des lidars Raman.

Dix nuits de mesures ont été réalisées par sessions de 6 heures (19-01 TU), au cours desquelles le lidar RAMEAU a réalisé principalement des mesures en visées zénithales, conjointement avec le lidar Raman de l'OHP. Ces mesures étaient entrecoupées par des visées horizontales (2 à 4 fois par nuit) vers les deux mâts équipés de capteurs d'humidité. Chaque nuit, deux ballons ont été lancés à 3 heures d'intervalle (20 et 23 TU), le premier avec 4 sondes (7 fois) et le second avec 3 sondes. Au total, 26 ballons ont été lancés emportant 79 sondes (Modem M2K2-DC et M10, Vaisala RS92, Meteolabor Snow-White), dont 7 équipées d'un capteur d'humidité à point de rosée/givre (Snow-White). Tous les autres instruments (hormis le spectromètre) ont fonctionné de manière automatique et continue pendant toute la campagne.

Les analyses de ces observations seront plus particulièrement ciblées sur la question de l'étalonnage de la technique lidar Raman vapeur d'eau, et sur la dispersion des mesures des sondes in situ. Un exemple d’observations effectuées par le lidar RAMEAU et une sonde RS 92 Vaisala est donné sur la Figure 1.

Une fois les données mises en forme et traitées, une inter-comparaison globale des différentes mesures (profils et contenus intégrés de vapeur d'eau) sera réalisée.

Ensuite, différentes méthodes d'étalonnage des lidar Raman seront testées, inter-comparées et validées à l'aide des autres données, avec pour objectif d'atteindre un niveau de précision absolu meilleur que 3% sur le contenu total :

L’avancée technologique et méthodologique sur le lidar Raman vapeur d’eau pourrait ouvrir des perspectives d’utilisation opérationnelles en météorologie (assimilation) et en géodésie (détermination de la référence verticale) à partir de systèmes commerciaux.

Remerciements

Le financement de cette campagne a été assuré sur fonds propres par les trois institutions partenaires (IPSL, IGN et Météo-France). Les organisateurs remercient l’OHP pour la mise à disposition des locaux et moyens.

Références

• Bock, O., and M. Nuret (2009) Verification of NWP model analyses and radiosonde humidity data with GPS precipitable water vapor estimates during AMMA. Weather Forecast., 24: 1085-1101 DOI:10.1175/2009WAF2222239.1.
• Bosser, P., Bock, O.,; C. Thom; J. Pelon; P. Willis, A case study of using Raman lidar measurements in high accuracy GPS applications, J. Geodesy, DOI: 10.1007/s00190-009-0362-x (Online: 24 décembre 2009).
• Sarkissian, A., and J. Slusser, 2009: Water vapor total column measurements using the Elodie Archive at Observatoire de Haute Provence from 1994 to 2004. Atmos. Meas. Tech., 2, 319–326.
• Sherlock, V., A. Hauchecome, and J. Lenoble, 1999: Methodology for the independent calibration of Raman backscatter water vapor lidar systems. Appl. Opt., 36, 5816–5837.
• Tarniewicz, J., Etude d'une méthode de sondage de la vapeur d'eau dans la troposphère appliquée à la correction des mesures GPS pour l'altimétrie de haute précision. Thèse de Doctorat en Méthodes Physiques en Télédétection, Ecole Doctorale des Sciences de l’Environnement d’Ile de France, soutenue le 25 mars 2005 à Paris.

Les personnels impliqués :

LATMOS : J. Pelon, P. Keckhut, C. Hoareau, C. Blaize, E. Dalmeida, M. Thetis

OHP : G. Tournois, F. J.-M. Perrin, P. Daconceicao, F. Gomez,

IGN : O. Bock, P. Bosser, C. Thom, P. Lardeux, P. Valentin, E. Bardière, O. Martin

Météo-France : F. Besson, T. Bourcy, G. Poujol, V. Lagorse, C. Ciais, P. Chaduteau, Q. Kryszack, D. Legain, E. Moulin, D. Tzanos, M. Nuret

Contacts :

Olivier Bock , IGN/LAREG, Tél. 01 43 98 80 00

Jacques Pelon , LATMOS/IPSL, Tél. 01 44 27 37 79