- Service labélisé par l’INSU dans AO ANO-1 surveillance d’atmosphère depuis: 2016 SNO / INSU
- Laboratoire(s) et OSU responsable(s): LaMP OPGC
- Autres observatoires impliqués: OPAR, SIRTA, OSUG, P2OA, OPE, LOA
Le CAES/SNO CLAP est la contribution française aux mesures in-situ d’aérosols qui sont structurées au niveau européen par l’ERIC ACTRIS. Il a été initialement labellisé en 2016 et continue depuis cette date à fournir des mesures. Cela correspond à une période de 10 à 20 ans de mesures pour certains sites, ce qui a permis de les inclure dans plusieurs études climatologiques (Collaud Coen et al., 2020), et des études de caractérisation des aérosols in situ (Laj et al., 2020, Rose et al., 2021) à l’échelle globale.
Motivations
Les particules d’aérosols atmosphériques continuent de contribuer à la plus grande incertitude dans les estimations et interprétations du climat de la Terre. En substance, l’ampleur du forçage radiatif du aux aérosols est estimée à –0,45 (–0,95 à +0,05) W m – 2 pour les aérosols seuls et à –0,9 (–1,9 à –0,1) W m – 2 lorsque les rétroactions aérosol / nuage sont prises en compte. L’incertitude sur l’ampleur de ce forçage est encore très grande, bien que des progrès substantiels aient été accomplis dans la compréhension des processus liés aux aérosols ayant un impact sur le climat, tels que les nouveaux mécanismes de formation d’aérosols organiques secondaires, ou l’attribution de la source d’aérosols. Bien que les capacités de surveillance de l’aérosol se soient améliorées au cours des dernières décennies, tant par satellite que depuis le sol, que la production de données plus fiables se soient multipliées, il est nécessaire de maintenir et d’améliorer notre capacité d’observation afin de fournir des contraintes supplémentaires aux modélisations actuelles afin d’améliorer les prévisions de changement climatique. Le programme global de surveillance de l’atmosphère (GAW) a pour objectif de mesurer sur le long terme les paramètres atmosphériques pertinents pour le climat, afin de détecter les tendances et aider à mettre en place des politiques efficaces de contrôle des émissions. En ce qui concerne les aérosols, GAW et sa composante européenne ACTRIS ont pour objectif de déterminer la distribution spatio-temporelle des propriétés des aérosols liées au forçage climatique et à la qualité de l’air à des échelles de temps multi-décennales et à des échelles spatiales régionales, hémisphériques et globales. L’une des principales difficultés du programme est l’aspect multivariable du forçage aérosol sur le climat: les propriétés optiques d’une population d’aérosols sont étroitement liées aux propriétés chimiques, physiques et hygroscopiques, ainsi qu’à la dépendance de ces paramètres en fonction de l’altitude. L’objectif du CAES CLAP au sein de ACTRIS-FR est d’assurer la mesure harmonisées sur différents sites de diverses altitudes des paramètres de l’aérosol pertinents pour le climat et la santé, avec la garantie d’un fonctionnement à long terme basé sur des opérateurs qualifiés, un contrôle continu de la qualité des données et par l’amélioreration de leur utilisation par la communauté scientifique.
L’objectif principal du CAES/SNO CLAP est d’étudier les propriétés des aérosols atmosphériques sur le long terme, afin d’étudier leurs variations saisonnières, l’impact des activités anthropiques sur l’atmosphère et de fournir des informations sur les tendances climatiques.
Cet objectif général peut se décomposer en 4 questions scientifiques :
- Quelle est l’évolution des propriétés optiques, chimiques et physiques de l’aérosol atmosphérique dans des environnements contrastés, et quelles sont les déterminants de cette variabilité?
- Peut-on, à l’aide de combinaisons modèles-mesures, mieux quantifier les sources d’aérosols primaires et secondaires ?
- Les inversions satellites peuvent-elles être améliorées grâce à une plus grande statistiques en termes de mesures in situ ?
- Existe-t-il des tendances dans les variables aérosol essentielles à l’échelle climatique ?
- Peut-on identifier un lien entre certaines propriétés de l’aérosol et des impacts sanitaires ?
Sites de mesure (ou plateformes d’observation)
Le CAES CLAP regroupe 5 sites d’altitude variant de 1465 m à 5240 m au-dessus du niveau de la mer, et trois sites de plaine, situés sur 4 continents différents. Les sites d’altitude peuvent se trouver soit en couche limite atmosphérique (CLA), soit en troposphère libre (TL) selon les conditions atmosphériques et l’altitude des stations. Il s’agit du Puy de Dôme, Maïdo, Pic du Midi, Népal (vallée de Khumbu à 5079 m), Cordillère des Andes bolivienne (à 5240 m), le SIRTA, Atmospheric Observaotry of Lille (ATOLL), L’Observatoire Pérenne de l’Environnement (OPE) (point haut à près de 395 m entre le centre du basin parisien et les Vosges).
En plus des sites CAES, CLAP est également associé à deux instruments nationaux (MAP-IO) et à deux chambres de simulation atmosphérique (CESAM et PEGASUS).
Ces chambres de simulation sont des ajouts cruciaux au CAES pour aider à améliorer les interprétations des observations atmosphériques ou pour tester les capacités de différents instruments dans des conditions contrôlées.
Les instruments nationaux permettent d’effectuer des mesures dans des régions où l’infrastructure n’existe pas.
Instruments
Condensation Particle Counter (CPC)
Concentration totale en nombre de particules (# cm-3)
- Mobilitie Particles Size Spectrometer : Distribution en taille des particules submicroniques : dN/dLogDp (# cm-3) vs Dp (nm)
- Aerodynamic particle sizer : Distribution en taille des particules supermicroniques : dN/dLogDp (# cm-3) vs Dp (micron)
- Athelometer : Coefficient d’absorption des particules (Mm-1)
- Nephelometer : Coefficient de diffusion des particules (Mm-1), Concentration en noyaux de condensation nuageuse (CCN) (# cm-3)
- Aerosol mass spectrometers for online measurements : Concentration massique en espèces inorganiques solubles majeures (sulfates, nitrates, chlore, ammonium, sodium, calcium magnésium) (mg m-3)
- Filter measurements for offline chemistry measurements : Concentration massique en carbone organique (mg m-3), Concentration massique en carbone élémentaire (mg m-3)
- Cloud condensation nuclei counter (CCNC)
Variables
Le CAES/SNO CLAP est ainsi construit autour du suivi de 5 variables caractérisant les aérosols. Ces variables sont les variables climatiques essentielles (ECV) “aérosol atmosphérique” définies par GCOS et GAW:
1) la concentration totale en nombre
2) la distribution en taille des aérosols
3) les coefficients de diffusion
4) les coefficients d’absorption
5) la composition chimique.
QC-QA
CAIS European Center for Aerosol Calibration and Characterisation (CAIS-ECAC)
ECAC est l’installation centrale pour les mesures in situ des aérosols pour toutes les sites nationales de l’ACTRIS. Tous les instruments mesurant les propriétés physiques des aérosols sont étalonnés au ECAC, à Leipzig Allemagne. Pour la chimie en ligne des aérosols, ils sont étalonnés à l’ACMCC. l’ACMCC (Aerosol Chemical Monitor Calibration Center) est formé par un consortium de laboratoires français : CEA, CNRS (LSCE et LaMP) et INERIS. Il est basé au LSCE, à environ 25 km au sud de Paris.
En outre, l’ACMCC agit en tant que CAIS-FR, fournissant un soutien aux sites nationales françaises en termes de partage des instruments (par exemple AE33 à MAIDO, PUY, ACSM, PUY de Dome, Néphélomètre : Maido), ainsi qu’en testant la faisabilité d’installations à long terme d’instruments plus complexes.
Filière de traitements
https://www.aeris-data.fr/en/projects/actris-fr-2/
Responsable
Evelyn Freney – evelyn.freney@uca.fr