Motivations

Le CAES NDACC (Network for the Detection of Atmospheric Composition Changes) a pour principal objectif de détecter à long-terme des changements de la composition chimique et de température d’origine naturelle ou anthropique ainsi que l’étude des interactions entre chimie et climat dans la stratosphère et également dans la troposphère libre et la mésosphère. La stratosphère joue un rôle important pour le climat de surface. La présence de la couche d’ozone (90% de l’ozone atmosphérique) dans cette région permet l’absorption du rayonnement solaire UV très nocif pour la vie sur Terre. La variabilité de l’ozone et de la vapeur d’eau, même si l’abondance de cette dernière est très faible dans la stratosphère, régulent le rayonnement infrarouge émis vers la surface participant à l’effet de serre. Les processus dynamiques stratosphériques ont également un effet sur le climat car certains modes d’oscillation qui dominent la variabilité des champs de vents se transmettent vers la troposphère. La stratification de la stratosphère permet une distribution à grande échelle et donc une influence globale des constituants anthropiques et naturels qui atteignent cette région depuis le sol. Au cours de la dernière décennie, la stratosphère a été fortement impactée par différentes perturbations naturelles (disruption de l’oscillation quasi-biennale, injection d’aérosols et de gaz par les éruptions volcaniques, les feux de forêt) ou par le non-respect du Protocole de Montréal via la reprise de l’utilisation des constituants anthropiques interdits totalement depuis 2010.

Ses missions sont :

• Surveiller l’évolution de la composition chimique et la dynamique de la haute troposphère – basse stratosphère (UTLS) et la moyenne atmosphère sous l’effet des émissions anthropiques, du changement climatique et des événements naturels.
• Surveiller l’évolution du rayonnement spectral UV à la surface en lien notamment avec le changement de la couche d’ozone.
• Étalonner et valider les observations spatiales.
• Soutenir les campagnes de terrain autour des études de processus.
• Tester et améliorer les modèles de chimie-transport et de chimie-climat.
• Améliorer les services atmosphériques européens (e.g. Copernicus Atmospheric Service).

Le CAES NDACC est une composante du réseau international NDACC auquel participent de nombreux pays. La France est impliquée sur 3 sites multi-instrumentés, DDU en Antarctique, l’OHP aux moyennes latitudes et l’OPAR aux tropiques. En complément de ces stations, il existe certains sites avec un seul instrument français (ATOLL, P2OA et réseaux SAOZ) , qui permettent d’avoir une stratégie de réseau, notamment utile dans la cadre de la validation satellitaire.

En Europe, certaines variables NDACC ont été intégrées à l’infrastructure de recherche sur les aérosols, les nuages et les gaz traces (ACTRIS) qui a été créée en tant qu’ERIC (European Research Infrastructure Consortium) en avril 2023. Le NDACC est désormais un contributeur essentiel aux composantes ACTRIS de télédétection des gaz traces réactifs (RTGRS) et des aérosols (ARS). La CAES NDACC contribue notamment à deux unités du centre d’expertise RTGRS : O3_DIAL_FR pour la mesure vertical d’ozone par lidar et UVVIS_FR pour la mesure de la colonne intégrée d’ozone et de dioxyde d’azote par spectromètre SAOZ. Le site NDACC de l’OPAR à l’ile de La Réunion est dans la phase de labellisation pour être une installation nationale (NF, National Facility en anglais) d’ACTRIS pour, notamment, les composantes RTGRS et ARS.

Sites de mesure (ou plateformes d’observation)

Régions Polaires : EUR (Canada), SCO (Groenland) et SOD (Finlande) pour l’Arctique ; DOM et DDU (France/Antarctique).

Moyennes latitudes : ATOLL, OHP, P2OA, PAR et GUY (France) pour l’hémisphère nord ; KER (France/Subantarctique), et RGA (Argentine) pour l’hémisphère sud.

Tropiques : SEY (Iles Seychelles) et OPAR
Plateformes mobiles : MAP-IO (Océan Indien et Atlantique)

Instruments

Mesures par télédétection active

• Lidars 

Mesures par télédétection passive

• Spectromètres UV, pyranomètres UV, mini-capteurs UV

• Spectromètres DOBSON, SAOZ et FTIR

Mesures in-situ

• Ozonesondes

Variables

• Ozone : profils verticaux (troposphère libre et stratosphère) et colonne intégrée

• Vapeur d’eau : profils verticaux (troposphère libre) et colonne intégrée

• NO2 : colonne intégrée et colonne troposphérique

• Aérosols : profils verticaux des propriétés optiques (troposphère libre et stratosphère)

• Nuages stratosphériques polaires (PSC) : profils verticaux (stratosphère)

• Température : profils verticaux (stratosphère et mésosphère)

• Vent : profils verticaux (troposphère libre, stratosphère et mésosphère)

• Ondes de gravité : profils verticaux (stratosphère et mésosphère)

• Rayonnement UV : reçu à la surface (UV spectral, UVA, UVB, UVE, UVI)

QC-QA

Les mesures labellisées NDACC et/ou ACTRIS ont un contrôle de qualité selon des procédures spécifiques mises en place. Les autres mesures (ondes de gravité, PSC, NO2 troposphérique et le rayonnement UV à partir de pyranomètres) sont en incubation et donc en processus d’évaluation.

Filière de traitements

Lidar

• O3tropo : ozone troposphérique (NDACC)

• O3strato : ozone stratosphérique (NDACC)

• BeCom : vapeur d’eau (NDACC)

• Aérosols_strato : aérosols troposphérique et stratosphérique (NDACC)

• Temper : température (NDACC)

• Vent : u’ et v’ (NDACC)

Sondes

• O3sondes : ozone troposphérique et basse stratosphère (NDACC)

Spectromètres :

• Spectro UV : UV spectral, UVA, UVB, UVE, contenu intégrée O3 (NDACC)

• O3Dobson : contenu intégrée O3 (NDACC)

• Saoz : contenu intégrée O3, NO2 (NDACC) et H2O (Bock et al., 2013 ; Tulet et al., 2024)

• Saoz_no2tropo : contenu intégrée troposphérique NO2 (Pazmino et al., 2021)

• Pyrano UV : UVB, UVE et UVI

Traitements spécifiques par les PIs (en incubation)

• Lidar : ondes des gravités et PSC

• Mini-capteur UV : UVI

Highlights

o GRUAN (Global Climate Observing System (GCOS) Reference Upper-Air Network), initiative GCOS de l’OMM, a pour objectif de mettre en place un réseau de référence de la mesure de, entre autres, la vapeur d’eau troposphérique et stratosphérique (dont l’importance dans la compréhension et l’évaluation des processus et des projections climatiques n’est plus à démontrer). L’OPAR et le SIRTA sont tous deux des sites GRUAN en voie de certification. Les radiosondages réalisés au SIRTA alimentent plusieurs actions GRUAN dont les objectifs sont (1) d’évaluer les sondes MODEM M10 via des vols double-attelage avec des sondes Vaisala RS92, (2) de valider les profils vapeur d’eau obtenus avec le lidar hautes performances IPRAL et (3) d’évaluer la capacité de restitution des profils de température et humidité du radiomètre micro-onde HATPRO. Chaque site GRUAN doit mesurer au moins une fois par mois un profil de vapeur d’eau de haute qualité dans l’UTLS en utilisant l’instrumentation la plus fiable possible, i.e un instrument de type Cryogenic Frostpoint Hygrometer (CFH) embarqué sous ballon. Des radiosondages CFH sont réalisés autant que faire se peut au sein de l’OPAR avec un double objectif : (1) construire une base de données tropicale M10/CFH pour le développement (effectué au SIRTA) et la certification GRUAN de l’algorithme de correction des sondages MODEM (en particulier : définition de l’incertitude), et (2) vérifier les capacités du lidar vapeur d’eau de l’OPAR à mesurer correctement la vapeur d’eau dans la TTL (Tropical Tropopause Layer). Dans ce cadre, les sondages par CFH sont essentiels à la qualification des mesures lidars dans la TTL (dont le contenu en vapeur d’eau – particulièrement faible – est mesurable par sondage uniquement par CFH).

o Modélisation de la variabilité interannuelle des sources et puits d’ozone pour améliorer la détection des tendances à long terme

o Amélioration de la caractérisation de la variabilité spatio-temporelle de l’UTLS (résolution verticale des mesures lidar, couplage ECC/lidar, couplage O3/H2O)

o Une étude statistique des courant jets d’altitude à partir des profileurs de vent VHF:
Baray et al., Case study and climatological analysis of upper tropospheric jet stream and stratosphere-troposphere exchanges using VHF profilers and radionuclide measurements in France. J. App. Meteorol. And Climate, 56(11), 3081-3097, 2016

o Une étude de la circulation plaine-montagne à partir de la combinaison de mesures de profileur de vent et de surface :
Hulin, M., Gheusi, F., Lothon, M., Pont, V., Lohou, F., Ramonet, M., Delmotte, M., Derrien, S., Athier, G., Meyerfeld, Y. : Observations of plain-mountain circulation in the Pyrenees : detection methods and impact on atmospheric composition measured at a mountain top, J. Applied. Meteor. Climatol (in press)

Responsable

Valentin Duflot – valentin.duflot@univ-reunion.fr