Objectifs scientifiques
Ce projet a pour but d’automatiser le fonctionnement des lidars de l’Observatoire de Physique de l’Atmosphère de la Réunion (OPAR) qui sont intégrés dans le réseau NDACC France et qui sont à l’Observatoire du Maïdo (Ile de la Réunion). Le premier enjeu est scientifique, en augmentant considérablement la fréquence et la durée des observations, ce qui permettra de définir des tendances de façon plus précise, celles-ci étant actuellement trop limitées par les ressources humaines allouées aux observations Lidars. L’OPAR comporte actuellement 4 lidars différents (Li1200, LiO3T, LiO3S et LiWind), permettant de mesurer les espèces suivantes :
- la vapeur d’eau : – principal gaz à effet de serre – joue un rôle fondamental dans le climat, en particulier dans la zone de la couche de transition tropicale (TTL) par où transitent les masses d’air troposphériques pénétrant la stratosphère, influençant le budget en vapeur d’eau de cette dernière, ainsi que sa température et la chimie de l’ozone. Les modèles de climat actuels sont capables de représenter la structure thermodynamique à grande échelle de la TTL, mais montrent des biais dans la représentation du point froid (cold point tropopause) et de sa variabilité, et peinent à simuler et quantifier l’hydratation de la stratosphère. De plus, Whiteman et al. (JGR 2011) ont montré que la fréquence des observations est un critère plus important que la réduction de l’erreur aléatoire de celles-ci dans la constitution d’un jeu de données exploitable pour l’établissement d’une tendance de la vapeur d’eau dans la haute troposphère. Le lidar vapeur d’eau de l’OPAR a récemment été labélisé pour faire partie du réseau international NDACC (Network for Detection of Atmospheric Composition Change) sur la base des résultats de la campagne expérimentale MORGANE (Maïdo ObservatoRy Gaz and Aerosols NDACC Experiment, May 2015). Ce lidar est en capacité de mesurer la vapeur d’eau dans la zone critique climatique de l’UTLS avec une précision suffisante pour des séquences d’acquisition de 6 heures pour atteindre 17km et de 40 heures pour atteindre 22km. De telles séquences de mesure nécessitent des efforts particuliers des personnels, uniquement réalisables pendant des campagnes expérimentales intensives. Actuellement, les ressources humaines disponibles ne permettent malheureusement pas d’effectuer de telles séquences d’observation avec une régularité suffisante ; séquences et régularité pourtant nécessaires aux objectifs de surveillance du climat.
- l’ozone (troposphérique et stratosphérique) : de grandes incertitudes demeurent dans la prise en compte dans les modèles de climat de la contribution au bilan global d’ozone des intrusions stratosphériques, et de leur impact sur la capacité oxydante de la troposphère. Or, des observations plus fréquentes sur des séquences plus longues sont nécessaires à une meilleure représentation des processus d’intrusions stratosphériques dans la zone de l’UTLS, particulièrement aux tropiques. Le lidar ozone stratosphérique de l’OPAR est labélisé dans le réseau international NDACC depuis 2008 et le lidar ozone troposphérique a été récemment labélisé suite aux résultats de la campagne MORGANE. Un fonctionnement plus fréquent de ces deux lidars, intégrant de plus longues séries de mesures, permettrait donc de mieux évaluer la contribution des intrusions stratosphériques au bilan de l’ozone troposphérique.
- la température et le vent : la mesure des paramètres dynamiques que sont la température et le vent dans la moyenne et haute atmosphère (de la stratosphère à la thermosphère) permet le suivi du processus d’ajustement géostrophique ainsi que l’étude des ondes de gravité, processus dynamiques dont la représentation dans les modèles globaux reste insuffisante. Pour cela, des observations continues sur des séquences supérieures à 6 heures sont nécessaires, ces dernières ayant actuellement une fréquence de réalisation très faible à cause des ressources humaines limitées.
Le deuxième enjeu, technique, est d’enregistrer l’environnement de nos systèmes, qui fournit toute la métadonnée associé à l’instrument, indispensable pour le traitement automatique des données en temps réel et la validation des données. Le troisième enjeu, humain, est de relâcher des contraintes d’emploi des ressources humaines en horaires décalés et de nuit pour un redéploiement vers les autres instruments de l’OPAR, et plus spécifiquement pour la labellisation en vue de l’OPAR en tant que National Facility de l’infrastructure de recherche européenne ACTRIS. Le nombre d’instruments accueillis par l’OPAR est en constante augmentation : de 19 instruments en 2012 lors de l’inauguration de l’observatoire du Maïdo à 53 en 2019.
Descriptions techniques
Cette demande de soutien à la Division Technique de l’INSU s’insère dans le cadre d’une action nationale de jouvence et d’automatisation des lidars de l’Observatoire du Maïdo à l’île de la Réunion et l’Observatoire de Haute Provence. L’OSU-Réunion et le LATMOS mènent une stratégie commune dans le but de remplacer les lidars vieillissants de ces deux observatoires, dans le cadre d’appels à projets nationaux (mi-lourds INSU, Obs4Clim) et régionaux (LABEL-IR INFRA, FEDER 2021,…). La jouvence des lidars permettra une automatisation simplifiée des instruments pour répondre aux besoins scientifiques, techniques et pouvoir relâcher les contraintes sur les ressources humaines.
Le projet d’automatisation des lidars doit permettre :
- Le fonctionnement des lidars de manière autonome de nuit, sans nécessiter la présence d’un agent (le personnel de l’UMS se rend sur place une fois par jour pour les opérations de maintenance et pour démarrer la mesure lidar).
- Des performances instrumentales équivalentes sur le long terme (10 ans).
- Des mesures optimisées (alignement optique, saturation, sensibilité), de nuit, par ciel clair, soit manuellement, soit de manière automatique, soit par un pilotage à distance.
- Le contrôle du lidar (marche, arrêt, réglages) à distance à travers une connexion réseau.
Contact DT : Nadir Amarouche
Contact OSU Réunion : Nicolas Marquestaut