Surveillance mondiale de l’ozone atmosphérique
Introduction
Les molécules d’ozone sont concentrées dans la stratosphère essentiellement à des altitudes de 10 à 40 km. Ce sont elles qui déterminent la structure thermique de la stratosphère et, en absorbant les rayonnements ultraviolets nocifs, maintiennent la vie sur notre planète.
Des observations isolées de l’ozone ont été effectuées dans les années 20, mais on n’a commencé à effectuer des mesures systématiques qu’il y a une cinquantaine d’années. À l’heure actuelle, plus de 70 organismes dans quelque 50 pays Membres de l’OMM communiquent des observations de l’ozone à la Veille de l’atmosphère global (VAG) de l’OMM, en fournissant des données essentielles à la compréhension de l’état de la couche d’ozone et de son évolution. On a commencé d’analyser rigoureusement ces données au début des années 70, lorsque des découvertes scientifiques ont permis de constater la capacité qu’avaient les chlorofluorocarbones (CFC) et les halons de détruire l’ozone et les conséquences graves que cela avait pour l’environnement.
Mais ce n’est que vers le milieu des années 80 que l’on a obtenu des preuves convaincantes de la destruction de l’ozone lorsqu’on a constaté une raréfaction alarmante de l’ozone pendant le printemps antarctique. Cette découverte a été faite en 1985 par des chercheurs britanniques qui procédaient à des mesures au sol à la station Halley, à 76°S, où l’on effectuait des observations de l’ozone depuis 1956.
Depuis 20 ans, l’OMM, en collaboration avec le Programme des Nations Unies pour l’environnement (PNUE), coordonne la préparation d’une série d’évaluations scientifiques, dont la plus récente a fait l’objet d’une publication au début de 2007. Ces évaluations reposent sur les travaux de centaines de chercheurs, dans des pays développés aussi bien que en développement, et sur des contributions apportées par de nombreux organismes nationaux. Les mesures au sol jouent un rôle essentiel, que ce soit pour l’étude des tendances dans diverses régions du monde ou pour la vérification au sol des mesures satellitaires. Ces évaluations ont été à la base des négociations menées par le PNUE en vue de la conclusion de la Convention de Vienne sur la protection de la couche d’ozone (1985) et de son Protocole de Montréal (1987). Aujourd’hui, ces évaluations sont à la base d’amendements et d’ajustements apportés à ce protocole, dont les plus récents ont fait l’objet d’une décision à Montréal en septembre 2007. Le Protocole de Montréal, dans son état actuel, impose de réduire l’utilisation des CFC et des halons et ainsi d’accélérer l’élimination progressive des hydrochlorofluorocarbones (HCFC).
La reconstitution à long terme de la couche d’ozone après son appauvrissement par certaines substances devrait, d’après la plus récente évaluation scientifique de l’appauvrissement de la couche d’ozone effectuée par l’OMM/PNUE, durer une bonne partie du XXIe siècle. On estime qu’elle ne se fera que vers 2050 pour ce qui est des latitudes moyennes et vers 2065 dans l’Antarctique, c’est-à-dire respectivement cinq et 15 ans plus tard que prévu lors de l’évaluation antérieure (2002).
Le non-respect du Protocole de Montréal retarderait ou pourrait même empêcher la reconstitution de la couche d’ozone. Il importe donc de poursuivre systématiquement des observations de haute qualité de l’ozone dans toutes les régions du monde. Il devient également de plus en plus évident qu’il existe des rapports marqués entre l’appauvrissement de la couche d’ozone et le changement climatique. L’ozone proprement dit, les substances appauvrissant l’ozone et de nombreux substituts de ces substances constituent également des gaz à effet de serre; les changements de l’ozone ont une incidence sur le climat et les changements du climat ont une incidence sur l’ozone.
Étant donné son importance en tant que gaz à effet de serre, l’ozone est une des variables climatologiques essentielles auxquelles s’intéresse le Système mondial d’observation du climat (SMOC). En 2007, les réseaux de spectrophotomètres de Dobson et Brewer et le réseau de ballons-sondes d’ozone qui constituent des éléments de la VAG ont été adoptés en tant que réseaux de base du SMOC. On trouvera dans cet article une description du système d’observation de l’ozone dans le cadre de la VAG ainsi que du réseau contributeur de sondes d’ozone supplémentaires dans l’hémisphère australe (SHADOZ) et du réseau pour la détection des variations de la composition de l’atmosphère (NDACC).
Le Programme de la VAG a été mis en place en 1989, grâce à la fusion du Système mondial d’observation de l’ozone (SMOO3) et du Réseau de surveillance de pollution atmosphérique de fond; on y a mis davantage l’accent sur l’assurance de la qualité et le partenariat à l’échelle mondiale et on s’est attelé particulièrement à prendre des mesures dans six domaines: ozone, rayonnement ultraviolet, gaz à effet de serre, aérosols, principaux gaz réactifs et chimie des précipitations. Grâce au SMOO3 et maintenant à la VAG, les archives de la surveillance à l’échelle mondiale de l’ozone atmosphérique (l’ozone total ainsi que le profil de l’ozone) remontent au début des années 70.
Le SMOO3 a été mis sur pied en réaction à la menace de destruction de la couche d’ozone d’origine anthropique. En 1974, l’appauvrissement de la couche d’ozone sous l’effet du chlore a été étudié pour la première fois par Stolarski et Cicerone et par Molina et Rowland. Ces deux derniers chercheurs ont été les premiers à montrer que les composés réactifs à base de chlore sont dus au rejet dans l’atmosphère de chlore provenant de chlorofluorocarbones d’origine humaine. C’est en 1985 que l’on se rendit compte de toute l’étendue de la raréfaction de l’ozone due à l’activité humaine, lorsque que Farman et al. ont découvert le trou de l’ozone au-dessus de l’Antarctique.
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Mesures Brewer effectuées à la station argentine de San Martin sur la péninsule Antarctique |
Le Protocole de Montréal de 1987 a porté ses fruits. La quantité de substances qui appauvrissent la couche d’ozone diminue maintenant lentement (d’environ 1 % par an) après avoir atteint un pic à la fin des années 90. Le trou de l’ozone de l’Antarctique de 2006 a été néanmoins le plus important jamais enregistré. La raison en est que le tourbillon circumpolaire austral a été inhabituellement froid et stable pendant le printemps austral de 2006, ce qui montre que le degré de déperdition d’ozone dépend non seulement de la teneur de l’atmosphère en halogènes qui appauvrissent la couche d’ozone mais également des conditions météorologiques. Il en ressort également qu’il y a un rapport étroit entre l’appauvrissement de la couche d’ozone et le changement climatique.
Les mesures de l’ozone total effectuées dans le cadre de la VAG reposent sur des mesures de spectrophotomètrie utilisant comme source de lumière soit le soleil, soit le ciel au zénith. Aujourd’hui, les mesures provenant de quelque 80 instruments Dobson et 50 instruments Brewer sont régulièrement communiquées au Centre mondial des données sur l’ozone et le rayonnement ultraviolet de Toronto, qui a été créé en 1960.
On peut obtenir des informations sur les profils de l’ozone à partir d’instruments de divers types fonctionnant au sol. On peut obtenir des renseignements détaillés fiables jusqu’à une altitude d’environ 35 km au moyen de mesures effectuées avec une cellule électrochimique à partir de petits ballons qui éclatent généralement à une altitude de 25 à 35 km. Les profils de l’ozone sont également mesurés au moyen d’instruments de détection et de localisation par la lumière (lidars) et de détecteurs à hyperfréquences qui donnent toute leur capacité dans la stratosphère et la mésosphère.
La VAG, qui consiste actuellement en un partenariat mondial dans 112 pays de gestionnaires, de chercheurs et d’experts techniques, est coordonnée par le Comité directeur scientifique mixte du Groupe d’action sectoriel ouvert de la pollution de l’environnement et de la chimie de l’atmosphère de la Commission des sciences de l’atmosphère de l’OMM (CSA), avec l’aide de la Division de la recherche sur l’environnement atmosphérique du Département de la recherche de l’OMM.
Le service de la VAG et son Groupe consultatif scientifique pour l’ozone ont apporté une aide active à l’application de la Convention de Vienne et de son Protocole de Montréal, ainsi qu’à celle de la Convention-cadre des Nations Unies sur les changements climatiques (CCNUCC), sous forme de contributions au plan de mise en œuvre et au deuxième rapport sur l’efficacité des systèmes mondiaux d’observation à des fins climatologiques établi par le Système mondial d’observation du climat (SMOC). La CCNUCC prend acte officiellement des variables essentielles du climat qu’il y a lieu de mesurer systématiquement à l’échelle mondiale pour faire face aux principaux problèmes rencontrés. Il s’agit notamment de l’ozone total et du profil de l’ozone et la VAG a été désignée par l’OMM et le SMOC comme étant le programme international phare pour promouvoir les observations requises de la couche d’ozone. Depuis octobre 2007, les réseaux Dobson et Brewer et le réseau de sondes d’ozone constituent les réseaux de base du SMOC.
Un autre fait nouveau digne d’attention s’est produit au cours des trois dernières années: la mise en place, dans le cadre du partenariat pour une Stratégie mondiale intégrée d’observation, d’une stratégie concernant les problèmes de composition de l’atmosphère. La stratégie relative aux Observations intégrées de la chimie de l’atmosphère à l’échelle du globe (IGACO) fournit à l’échelle planétaire un cadre d’observation relevant du Système mondial des systèmes d’observation de la Terre. L’IGACO comporte 13 catégories de variables concernant la chimie de l’atmosphère, l’ozone total et le profil de la couche d’ozone constituant les principales de ces variables. La stratégie IGACO est à la base du programme de la VAG de la prochaine génération de 2008-2015 et sera mise en œuvre par la communauté scientifique sous la houlette de la VAG avec l’aide du SMOC, de son Groupe d’experts des observations atmosphériques pour l’étude du climat et du Système mondial des systèmes d’observation de la Terre. Le Centre IGACO-Ozone et rayonnement ultraviolet a été installé à l’Institut météorologique finlandais et l’étude du plan de mise en œuvre en est à son dernier stade.
État du réseau
Composantes du réseau
Le volet ozone de la VAG est constitué par un système éprouvé et bien organisé. On trouvera des renseignements plus précis sur le site Web de l’OMM:
(http://www.wmo.int/pages/prog/arep/gaw/gaw_home_en.html).
Le Groupe consultatif scientifique pour l’ozone est chargé, avec le Comité directeur scientifique mixte du GASO de la pollution de l’environnement et de la chimie de l’atmosphère, de mettre en oeuvre le plan stratégique de la VAG. Il étudie et élabore des directives pour les mesures et des objectifs en matière de qualité des données; il conseille également le service de la VAG à l’OMM pour ce qui est de la maintenance, du développement et de la communication des produits et des services fournis par le réseau.
Pour apporter une aide dans ce dernier domaine, de nombreux centres d’activité scientifique chargés de l’assurancequalité procèdent à des comparaisons et assurent des contrôles de gestion et des formations au niveau national et international. Le système d’information sur les stations de la VAG (GAWSIS selon le sigle anglais) (http://www.empa.ch/gaw/gawsis/) permet, grâce au programme MétéoSuisse de la VAG et aux Laboratoires fédéraux suisses d’essai des matériaux et de recherche, de lancer des interrogations en ligne et d’obtenir des cartes indiquant les stations, leurs mesures et les points de contact que l’on y trouve et d’obtenir des informations à jour sur la communication de données au Centre mondial des données sur l’ozone et le rayonnement ultraviolet géré par Environnement Canada. Ce centre, qui relève de la VAG, rassemble, ordonne et archive des données et des informations sur l’assurance-qualité et les tient gratuitement à disposition de la communauté scientifique aux fins d’analyse et d’évaluation.
Observations de l’ozone totale
Spectrophotomètres Dobson
Grâce au Réseau mondial de surveillance de l’ozone atmosphérique qui relève de la VAG, il est procédé régulièrement à des mesures de l’ozone qui sont communiquées à quelque 80 stations grâce à des instruments Dobson. La série de données continue la plus longue est celle fournie par le site Arosa, dans les Alpes suisses, mis sur pied dès 1926. Il faut comparer régulièrement (au moins une fois tous les quatre ans) les instruments des stations du réseau actuel avec les instruments étalons régionaux et ce par intercomparaison, c’est-à-dire en les comparant côte à côte. Les instruments étalons régionaux sont comparés, au moins aux mêmes intervalles, avec l’étalon primaire mondial Dobson
Spectrophotomètres Brewer
L’instrument Brewer repose à la base sur le même principe de mesure que le spectrophotomètre Dobson, mais utilise une technologie plus moderne. Il est fabriqué commercialement depuis le milieu des années 80 et est conçu pour des mesures automatiques. Le nombre d’instruments Brewer n’a cessé d’augmenter depuis quelques dizaines d’années. L’étalon mondial de référence utilisé pour la VAG repose sur la triade d’instruments utilisés par Environnement Canada. Une autre triade Brewer se trouve au centre de calibrage Brewer à Izaña, Ténérife, géré par l’Institut de météorologie espagnol. Les relevés ponctuels Langley effectués à Izaña permettent de bien vérifier l’échelle d’étalonnage de la triade Brewer. La comparaison des instruments Brewer avec les instruments étalons est censée se faire (au moins) tous les deux ans.
Spectroscopie d’absorption optique différentielle UV-visible
On trouve déployés dans plusieurs stations NDACC des spectromètres UVvisible faisant appel à la technique de spectroscopie d’absorption optique différentielle. Certaines de ces stations ont recours à l’instrument SAOZ (Système d’analyse par observations zénithales) normalisé mis au point par le Centre français de la recherche scientifique, tandis que d’autres utilisent des spectromètres fabriqués localement. La qualité des relevés est vérifiée régulièrement grâce à des intercomparaisons au cours desquelles un grand nombre d’instruments sont comparés côte à côte. Aucun nouvel instrument n’est accepté dans le réseau tant que ses performances n’ont pas été établies grâce à une campagne d’intercomparaisons.
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| Un ballon en polyéthylène est lancé avec une lourde charge utile d’instruments d’observation de l’ozone au cours de la campagne BESOS à Laramie, dans le Wyoming, en avril 2004 |
Mesures du profil de l’ozone
Sondes d’ozone
Depuis le début des années 70 on mesure régulièrement le profil de l’ozone à partir de petits ballons (1 200-2 000 g) au moyen de senseurs électrochimiques et ce sont ces mesures que la plupart des stations pratiquent aujourd’hui.
D’autres stations de mesure de l’ozone situées sous les tropiques ont été créées dans le cadre du projet SHADOZ financé par l’Administration américaine pour l’aéronautique et l’espace (NASA) des États-Unis. Les 13 stations SHADOZ sont gérées conjointement avec la VAG.
Les senseurs électrochimiques sont produits par deux fabricants et deux concentrations différentes du soluté sont couramment utilisées dans le réseau. Les deux marques de senseurs et de concentrations ont une incidence sur les mesures des profils de l’ozone. Pour étudier l’influence de ces facteurs sur les mesures de profils effectuées à partir de sondes électrochimiques, on a recours à des comparaisons effectuées par sonde dans la chambre de simulation des conditions atmosphériques JOSIE à Jülich, à des intercomparaisons avec de nombreuses combinaisons de marques de senseurs et de concentrations de soluté menées sur le même ballon porteur d’un photomètre UV de référence (voir la campagne BESOS) et à des mesures de deux sondes à partir du même ballon (lancements doubles). La résolution verticale, compte tenu du temps de réaction du senseur, est d’environ 200 à 300 mètres.
Vingt-cinq stations d’observation de l’ozone sont associées au réseau NDACC. La sonde électrochimique a été acceptée en 1995 comme source de mesure pour le réseau NDACC. La plupart de ces stations sont également des stations de la VAG. Le réseau NDACC a servi à promouvoir d’autres stations afin de combler des lacunes dans des régions éloignées auxquelles, sans cela, les membres de la VAG n’auraient pas accès.
Lidars ozone et radiomètres hyperfréquences
Outre les sondes électrochimiques, on utilise des lidars et des radiomètres hyperfréquences pour déterminer les profils de l’ozone en altitude. Les lidars couvrent normalement la plage d’altitude allant de 10 à 50 km, tandis que les radiomètres hyperfréquences couvrent celle allant de 20 à 70 km. La résolution verticale d’un profil établi par lidar est généralement de 100 à 200 m environ. Un profil hyperfréquences a une résolution verticale d’environ 5 à 10 km. Comme les spectromètres UV-visible, les lidars et les radiomètres hyperfréquences appartenant au réseau NDACC font régulièrement l’objet de comparaisons et, pour être agréés au sein du réseau NDACC, les nouveaux instruments doivent faire la preuve de la qualité de leurs relevés.
La plupart des stations lidar d’observation de l’ozone du réseau NDACC et des stations NDACC dotées de spectromètres hyperfréquences sont également des stations de la VAG..
Configuration du réseau
Le réseau mondial de surveillance de l’ozone atmosphérique consiste en stations mondiales, régionales et en stations partenaires contributrices (par exemple les stations SHADOZ et NDACC). Les stations de la VAG sont exploitées par des États Membres de l’OMM, alors que les stations partenaires contributrices le sont par d’autres réseaux indépendants. Les mesures de l’ozone total (effectuées grâce à des spectrophotomètres Dobson et Brewer) et du profil de l’ozone (effectuées grâce à des sondes) sont menées selon des procédures de fonctionnement standard et en fonction d’objectifs de qualité des données arrêtés par le Groupe consultatif scientifique pour l’ozone de l’OMM dans tous les réseaux de la VAG et les réseaux contributeurs. Les données recueillies grâce aux instruments Dobson, Brewer, et aux sondes, sont soumises au Centre mondial des données sur l’ozone et le rayonnement ultraviolet, que ce soit directement par les stations ou par l’intermédiaire des centres de données NDACC et SHADOZ.
Bien que très étendu à l’échelle mondiale, le réseau continue de s’accroître pour répondre aux besoins des spécialistes de la recherche sur le climat tels que définis périodiquement à l’occasion des évaluations scientifiques OMM/PNUE et de celles du GIEC. À l’heure actuelle, il existe des lacunes en Asie, en Afrique et en Amérique du Sud. Bien que le rassemblement de données satellitaires ne relève pas officiellement de ces réseaux, la VAG, dans le cadre de son plan stratégique pour 2008-2015, se dote de moyens pour relier et intégrer des données de surface, d’aéronefs et de satellites en respectant les exigences de la stratégie d’observations intégrées de la chimie de l’atmosphère à l’échelle du globe dans le cadre de l’IGOS.
Pays qui contribuent à la VAG pour l’ozone total
Cinquante-deux pays sont enregistrés au Centre mondial des données sur l’ozone et le rayonnement ultraviolet comme contribuant activement au rassemblement de données sur l’ozone total à partir d’instruments Dobson et/ou Brewer. Les partenaires qui contribuent à la VAG élaborent et fournissent également des produits opérationnels utiles aux réseaux tels que les centres d’étalonnage mondiaux et régionaux. Leur contribution s’effectue à différents niveaux allant de la collecte et de l’analyse des données jusqu’au contrôle de la qualité, en passant par la production de documents et l’apport de produits tels que ceux fournis par le Centre mondial des données sur l’ozone et le rayonnement ultraviolet. C’est ainsi que le Centre mondial d’étalonnage des instruments Dobson, financé par la Division de la surveillance mondiale NOAA/ESRL, a une longue tradition d’étalonnage sur place, d’audits, de cours de formation et de maintenance dans les stations des pays en développement et occasionnellement dans celles de pays développés. En outre, il existe des centres d’étalonnages régionaux Dobson hébergés par le Service météorologique national argentin (Buenos Aires), le Service météorologique japonais (Tokyo), le Bureau météorologique australien (Melbourne) et le Deutsche Wetterdienst (Hohenpeissenberg).
Les références mondiales pour les mesures Brewer sont gérées par Environnement Canada et l’Institut national de météorologie d’Izaña héberge un centre régional d’étalonnage à Ténérife, Espagne.
Le Comité ad hoc Dobson de l’OMM entretient un site Web fournissant des renseignements sur l’étalonnage Dobson. Ce site est hébergé par l’Institut tchèque d’hydrométéorologie.
Grâce aux contributions de ses nombreux partenaires à la production des données de la plus haute qualité, la VAG est à même de s’adapter aux besoins urgents à l’échelle mondiale découlant des nouvelles questions d’ordre scientifique qui se posent, de mettre à disposition des mécanismes exemplaires d’assurance-qualité, de se tenir à jour de l’évolution des instruments et de la gestion des données et d’élaborer des produits et des services explicatifs utiles pour la communauté mondiale.
Pays contribuant à la VAG pour la collecte par sonde de données sur les profils de l’ozone
Trente pays sont enregistrés au Centre mondial des données sur l’ozone et le rayonnement ultraviolet comme contribuant activement à la fourniture de données sur les profils de la couche d’ozone obtenus à partir de sondes. Le Centre mondial d’étalonnage des sondes d’ozone de l’OMM est hébergé par Forschungszentrum Jülich (Allemagne). Plusieurs expériences de comparaison de sondes ont été effectuées à Jülich depuis 10 ans pour comprendre les caractéristiques et les différences entre les différents types de sondes.
L’expérience de lancement d’un ballon en vue d’élaborer des normes pour les sondes d’ozone (BESOS) a été menée à l’Université du Wyoming en avril 2004 et une charge utile de 12 sondes d’observation de l’ozone a été comparée avec un photomètre ultraviolet de mesure de l’ozone. Plusieurs ateliers ont été organisés pour examiner les résultats de la campagne et ces résultats aboutiront à l’établissement par l’OMM de procédures officielles d’exploitation types pour les sondes d’ozone. La plupart des stations qui utilisaient auparavant les sondes Brewer-Mast sont passées aux sondes électrochimiques plus modernes. On effectue depuis plusieurs années des lancements doubles dans ces stations pour pouvoir amalgamer les séries chronologiques. On a également utilisé dans un certain nombre de stations des lancements doubles des deux principales marques de sondes électrochimiques d’observation de l’ozone pour mieux comprendre ce qui les différencie.
Pays contribuant à SHADOZ pour la collecte par sonde de données sur les profils de l’ozone
Un certain nombre de stations fonctionnaient dans les régions tropicales et subtropicales de l’hémisphère Sud, mais selon des procédures différentes en matière de fréquences de communication des relevés. SHADOZ a été conçu pour corriger cet écart entre les données en coordonnant les lancements, en fournissant dans certains cas des sondes supplémentaires et en mettant à disposition un point d’archivage central. Les données sont recueillies sans retard et mises librement à disposition de l’ensemble de la communauté scientifique sur le site Web SHADOZ. Plusieurs institutions contribuent au réseau SHADOZ sous forme d’équipements de stations et d’achat de sondes d’observation de l’ozone. Il s’agit notamment de la NASA, de la NOAA et de MétéoSuisse.
Pays qui contribuent au réseau NDACC
Après s’être appelé Réseau de détection des changements stratosphériques jusqu’en 2005, le réseau NDACC a pris ce nom afin de prendre en compte la nouvelle étendue des techniques de mesure et des recherches connexes. Lorsque le réseau a été conçu dans la deuxième moitié des années 80, on s’intéressait avant tout à l’appauvrissement de la couche d’ozone dans la stratosphère. Mais il est évident que les instruments déployés dans le cadre du NDACC peuvent servir pour résoudre plusieurs problèmes autres que cet appauvrissement, notamment ceux liés au changement de température, aux changements dans la vapeur d’eau et aux aérosols atmosphériques.
Les régions de l’atmosphère observées vont de la troposphère libre à la mésosphère. Le réseau comprend plus de 70 stations réparties dans les deux régions polaires, aux latitudes moyennes dans les deux hémisphères et sous les tropiques. Ces stations sont gérées par des institutions appartenant à 21 pays. Les observations et les recherches connexes sont financées à partir de fonds nationaux et de fonds fournis par la Commission européenne au titre de ses programmes de recherche-cadre. Le NDACC a commencé de fonctionner en 1991 et le nombre de stations continue d’augmenter. Les principaux objectifs du réseau sont de fournir des mesures cohérentes, normalisées et à long terme de la température de l’atmosphère, des gaz présents à l’état de traces, de particules, de rayonnements ultraviolets et de paramètres physiques servant essentiellement à répondre aux priorités suivantes:
- Étudier la variabilité temporelle et spatiale de la composition et de la structure de l’atmosphère afin d’assurer la détection rapide puis la surveillance à long terme des changements survenus dans l’état physique et chimique de la stratosphère et de la troposphère supérieure; il s’agit plus particulièrement de donner les moyens de cerner et de comprendre les causes de ces changements;
- Établir des liens entre l’évolution de l’ozone stratosphérique, le rayonnement ultraviolet au sol, la chimie de la troposphère et le climat;
- Assurer en toute indépendance des étalonnages et des validations des senseurs spatiaux de l’atmosphère et procéder à des mesures complémentaires;
- Appuyer les campagnes d’observation menées sur le terrain qui portent sur des processus particuliers se produisant à diverses latitudes et à diverses saisons;
- Produire des jeux de données vérifiées pour mettre à l’épreuve et améliorer des modèles multidimensionnels tant de la stratosphère que de la troposphère.
| Sites Web relatifs à la VAG, au réseau NDACC et au programme SHADOZ | |
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Il existe certes des centaines de sites Web concernant la VAG de l’OMM, le programme SHADOZ, le réseau NDACC, ses partenaires et ses produits, mais les principaux sites fournissant des renseignements supplémentaires sont les suivants:
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Page d’accueil de la VAG de l’OMM Plan stratégique de la VAG de l’OMM GAWSIS Page d’accueil du NDACC Groupe hyperfréquences du NDACC Sondes d’ozone du NDACC Groupe de travail des satellites du NDACC Groupe de théorie et d’analyse du NDACC |
Service météorologique allemand/Institut hydrométrique tchèque Centre mondial des données sur l’ozone et le rayonnement ultraviolet Division de la surveillance mondiale de la NOAA IGACO-Ozone et rayonnement ultraviolet Centre régional d’étalonnage Dobson pour l’Asie Centre régional d’étalonnage Brewer pour l’Europe, Izaña, Tenerife Campagne BESOS JOSIE Centre de données NADIR à l’Institut norvégien de recherche atmosphérique (NILU) |
Assurance-qualité
Le principal objectif du système d’assurance-qualité de la VAG est de veiller à ce que les données déposées au Centre mondial des données sur l’ozone et le rayonnement ultraviolet soient cohérentes, répondent aux objectifs en matière de qualité des données de la VAG et soient appuyées par une description complète des méthodes suivies. Ce système fait appel à des centres d’activités scientifiques chargés de garantir la qualité des observations grâce au respect des directives pour les mesures arrêtées par les groupes consultatifs scientifiques et grâce à des étalonnages pouvant être rapportés à des étalons mondiaux. Les stations d’observation de l’ozone par sonde des programmes SHADOZ et NDACC, qui chevauchent en grande partie celles du réseau de la VAG, appliquent les mêmes procédures d’assurance de la qualité que celles suivies pour la VAG.
On dispense aussi une éducation et une formation à long terme et on organise des ateliers et des audits/visites de stations d’étalonnage et des activités de jumelage pour renforcer les capacités dans le domaine des sciences atmosphériques à l’intérieur du réseau de la VAG. Ces activités de renforcement des capacités revêtent une importance accrue au fur et à mesure que de nombreuses stations de la VAG entrent en service dans des pays en développement.
Les procédures prévues dans le cadre de la VAG visent à assurer la qualité de l’observation en garantissant la maintenance des éléments de l’ensemble du mécanisme de mesure, depuis les procédures opérationnelles dans les stations jusqu’à la communication de données de qualité éprouvée au Centre mondial de données. Les principes recommandés propres à la VAG sont les suivants (Stratégie de mise en œuvre du programme de la VAG, 2001, Rapport N° 142, en anglais seulement):
- Harmoniser les méthodes de mesure dans toutes les stations en utilisant les directives pour les mesures et les procédures normalisées d’exploitation;
- Mener régulièrement des campagnes de comparaison.
En outre, certains principes en matière de mesure sont directement liés à des paramètres:
- Retenir des objectifs en matière de qualité des données qui précisent les niveaux tolérables d’incertitude ainsi que l’exhaustivité, la comparabilité et la représentativité;
- Maintenir la traçabilité intégrale par rapport à l’étalon mondial de toutes les mesures effectuées par les stations mondiales et régionales de la VAG;
- Établir des procédures normalisées d’exploitation pour les mesures;
- Tenir à jour un «journal» détaillé sur les méthodes de mesure suivies et les procédures concernant les instruments, la maintenance et l’étalonnage «interne».
Centres d’archivage et de traitement des données
Les six centres mondiaux de données de la VAG sont chacun chargés d’archiver un ou plusieurs paramètres ou types de mesure de la VAG. Les centres de données sont gérés et entretenus par l’institution qui les abrite chacun. Ils recueillent, enregistrent et archivent les mesures atmosphériques et les métadonnées connexes provenant des stations de mesure du monde entier et mettent ces données gratuitement à disposition de la communauté scientifique. Dans certains cas, ces centres fournissent également des produits supplémentaires, notamment des analyses de données, des cartes de répartition des données et des résumés de données. Le dernier né des centres mondiaux de données de la VAG a été créé au Centre aérospatial allemand. Ce centre constituera un guichet unique d’accès aux données satellitaires relatives à la composition de l’atmosphère.
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Mesure lidar à la lumière du jour effectuée à la station NDACC de l’Observatoire d’Alomar à Andøya, Norvège (69°N, 16°E) |
Analyse, distribution et utilisation des données
Système d’information sur les stations de la VAG (GAWSIS)
Les Laboratoires fédéraux suisses d’essai des matériaux et de recherche hébergent le site Web GAWSIS (http://www.empa.ch/gaw/gawsis). Il s’agit d’un instrument utile pour avoir un aperçu du système de la VAG. On y trouve des renseignements détaillés sur les programmes de mesure, les personnes à contacter, l’emplacement exact des stations et un lien direct vers les données relatives à l’ozone stockées au Centre mondial des données sur l’ozone et le rayonnement ultraviolet.
Centre mondial des données sur l’ozone et le rayonnement ultraviolet
À partir de ce site Web (http://www.woudc.org), on peut accéder à des relevés qui ont été fournis par des stations d’observation de l’ozone dans le monde entier. Il est demandé aux utilisateurs de faire clairement référence à l’origine des données, s’ils les utilisent ou les publient, en citant les pays qui les ont communiquées et la source d’où elles sont tirées.
On peut citer comme exemple de produits de distribution de données:
- Répertoire consultable des stations et métadonnées;
- Téléchargements de toutes les données recueillies par le Centre;
- Présentations graphiques de toutes les données du Centre (actualisation mensuelle);
- Résumé des données du Centre;
- Fichier principal, actualisé tous les mois, qui contient toutes les données sur l’ozone total reçues par le Centre;
- Système de production de carte des stations répondant à certains critères.
Les données sont stockées en format ASCII et sont faciles à importer dans diverses applications telles qu’Excel.
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Rapports pertinents sur la VAG de l’OMM On peut télécharger ces rapports à partir de la page Web du site de la VAG Komhyr, W.D., Operations handbook: Ozone observations with a Dobson spectrophotometer, Global Ozone Res. and Monit. Proj., Report No. 6, WMO, Genève, Suisse, 1980. Report of the Tenth WMO International Comparison of Dobson Spectrophotometers, WMO/GAW Report No. 108, 1996. Reports on WMO International Comparisons of Dobson Spectrophotometers, WMO/GAW Report No. 138, 2001. Strategy for the Implementation of the Global Atmosphere Watch Programme (2001-2007), WMO GAW International Comparisons of Dobson Spectrophotometers at the Meteorological Observatory, Hohenpeissenberg, Allemagne, WMO/GAW Report No. 145, U. Köhler, 2002. Comparison of total ozone measurements of Dobson and Brewer spectrophotometers and recommended transfer functions, J. Staehelin, J. Kerr, R. Evans and K. Vanicek, GAW Report No. 149, WMO, Genève, 2003. Current activities of the Global Atmosphere Watch Programme (as presented at Cg-XIV, May 2003) (WMO/TD-No. 1168) pdf (404 kb) Addendum for the period 2005-2007 to the Strategy for the implementation of the Global Atmosphere Watch Programme (2001-2007), WMO/GAW Report No. 142, (WMO/TD-No. 1209) PDF (277 kb) The Integrated Global Atmospheric Chemistry Observations (IGACO) Report of IGOS-WMO-ESA (September 2004) (WMO/TD-No. 1235) pdf (22.9 MB) (Avertissement: fichier volumineux) Plan stratégique OMM/VAG 2008-2015, en préparation. |
Archive de données SHADOZ
Le site Web SHADOZ (http://croc.gsfc.nasa.gov/shadoz/) permet d’accéder facilement et librement à toutes les données recueillies à partir du réseau SHADOZ. Une carte à zones sensibles des stations renvoie à la base de données où l’on peut télécharger des données ou consulter des graphes préétablis. Les données sont stockées dans un format ASCII simple et convivial.
Archive de données du NDACC
Le protocole de données du NDACC prévoit que les chercheurs doivent communiquer les données dans un délai d’un an après le relevé. Les données seront alors conservées pendant un an dans un secteur à accès limité du centre de données; après quoi, une copie sera déposée dans un site ftp anonyme ouvert au public. Les chercheurs peuvent bien sûr demander à la direction du centre de données de mettre les données à disposition plus tôt que ne le prévoit le protocole. Cet arrangement vise à donner aux fournisseurs de données le temps d’étalonner et de valider leurs données. Les données sont stockées dans le format ASCII et on peut y accéder par le site Web du NDACC (http://www.ndacc.org).
Autres centres de données
Le British Atmospheric Data Centre (http://badc.nerc.ac.uk/home/index.html) contient une copie du centre de données du NDACC.
L’Institut norvégien de recherche atmosphérique (NILU) recueille les données fournies par les stations européennes d’observation de l’ozone par sonde en temps presque réel (le même jour), les convertit en forme symbolique CREX et les transmet au Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme.
Secrétariat de l’OMM
À la demande de la CSA, la VAG a produit, tous les ans depuis la fin des années 80, des bulletins bihebdomadaires sur l’ozone en Antarctique pendant la saison où un trou se forme dans la couche d’ozone, soit d’août à décembre. Le bulletin sur l’ozone arctique est publié tous les ans depuis 2006. Ces bulletins font beaucoup appel à la fois aux données en temps presque réel et aux données climatologiques à long terme provenant d’un certain nombre de stations de la VAG et du NDACC. On utilise également des données satellitaires.
Activités de développement
Activités en cours
Les partenaires de la VAG cherchent tous à améliorer l’utilisation de la base de données GAW. Ces améliorations portent sur des questions scientifiques en évolution. Les procédures normalisées d’exploitation des instruments Dobson sont en cours d’actualisation et celles concernant les instruments Brewer et les sondes électrochimiques sont presque terminées. De plus, il est prévu de renforcer la collaboration entre le Groupe consultatif scientifique pour l’ozone et le Comité directeur du NDACC.
Activités prévues
Comme déjà relevé, le réseau de la VAG continue de s’étendre en fonction des besoins scientifiques, en collaboration avec le programme SHADOZ et le réseau NDACC. Un important problème de recherche se pose; il concerne le besoin de s’informer sur les effets sur la couche d’ozone de la réduction des substances qui l’appauvrissent. Alors que la diminution des substances anthropiques qui appauvrissent la couche d’ozone, imposée par le Protocole de Montréal, est bien établie par l’affaiblissement de leurs concentrations dans la troposphère, leur incidence sur la couche d’ozone est beaucoup plus difficile à quantifier. On prévoit d’autres activités visant à intégrer les mesures effectuées au sol et par satellite et les mesures effectuées régulièrement à partir d’aéronefs pour le centre IGACOOzone et rayonnement ultraviolet pour lesquelles le plan de mise en œuvre est à l’examen.
Afin d’obtenir des jeux de données mondiaux sur l’ozone de haute qualité à par tir d’instruments satellitaires convenant à une analyse des tendances à long terme, il y a lieu d’accorder un haut rang de priorité à la validation des satellites grâce à des mesures de haute qualité au sol. Historiquement, la VAG s’est davantage occupée d’assurance qualité et de contrôle de la qualité des données recueillies au sol. En mettant en œuvre l’IGACO, l’OMM vise davantage à comparer les mesures de l’ozone effectuées à partir de satellites et au sol.
Le NDACC s’intéresse maintenant davantage à la vapeur d’eau dans la troposphère, la stratosphère et la mésosphère libres. Il subsiste de profondes incertitudes en ce qui concerne la tendance de la vapeur d’eau dans la stratosphère, dans la mesure où les données satellitaires et les données recueillies à partir d’hygromètres à condensation donnent des résultats opposés depuis quelques années. La vapeur d’eau est déjà mesurée par certains instruments à hyperfréquences et par certains systèmes lidar, mais il faut procéder à des sondages par ballon pour recueillir des données dans la troposphère supérieure et dans la stratosphère inférieure et moyenne.
Importants résultats de recherche
Braathen, G.O., S. Godin-Beekmann, P. K eckhut, T.J. McGee, M.R. G ross, C. V ialle et A. Hauchecorne, 2004: Intercomparison of stratospheric ozone and temperature measurements at the Observatoire de Haute Provence during the OTOIC NDSC validation campaign from 1–18 July 1997, Atmos. Chem. Phys. Discuss., 4, 5303-5344, .
Deuber, B., N. Kämpfer et D.G. Feist, 2004: A new 22-GHz radiometer for middle atmospheric water vapor profile measurements, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol. 42, No. 5, (doi:10.1109/TGRS.2004.825581)
Farman, J.C., B.G. Gardiner et J.D. Shanklin, 1985: Large losses of total ozone in Antarctica reveal seasonal ClOx/NOx interaction, Nature, 315, 207-212, .
Fioletov, V.E, J.B. Kerr, C.T. McElroy, D.I. W ardle, V. Savastiouk et T.S. Grajnar, 2005: The Brewer reference triad, Geophys. Res. Lett., 32, 20,805,.
Froidevaux, L., W.G. Read, T.A. L ungu, R.E. C ofield, E.F. Fishbein, D.A. Flower, R.F. Jarnot, B.P. Ridenoure, Z. Shippony, J.W. Waters, J.J. Margitan, I.S. McDermid, R.A. Stachnik, G.E. Peckham, G. Braathen, T. Deshler, J. Fishman, D.J. Hofmann et S.J. Oltmans, 1996: Validation of UARS microwave limb sounder ozone measurement, J. Geophys. Res.-Atmos., 101, 10 017–10 060.
Johnson, B.J., S.J. Oltmans, H. Vömel, H.G.J. Smit, T. Deshler et C. Kroger, 2002: Electrochemical concentration cell (ECC) ozonesonde pump efficiency measurements and tests on the sensitivity to ozone of buffered and unbuffered ECC sensor cathode solutions, J. Geophys. Res., 107(D19), 4393, doi:10.1029/2001JD000557.
Johnston, H., 1971: Reductions of stratospheric ozone by nitrogen oxide catalysts from supersonic transport exhaust, Science, 173, 517-522.
Keckhut P.S. McDermid et D. Swart et al., 2004: Review of ozone and temperature lidar validations performed within the framework of the Network for the Detection of Stratospheric Change, Journal of Environmental Monitoring, 6 (9), 721-733.
Molina, M.J. et F.S. Rowland, 1974: Stratospheric sink for chlororfluoromethanes, chlorine atom catalyzed destruction of ozone, Nature, 249, 810-812.
OMM, 1985: Atmospheric Ozone, Chapter 14 (Ozone and temperature trends), Global Ozone Res. and Monit. Proj., Report No. 16, Vol. III, OMM, Genève, Suisse.
OMM, 1989: Report of the International Ozone Trends Panel 1988, Global Ozone Res. and Monit. Proj., Report No. 18, Genève.
OMM, 2007: 2006 Scientific Assessment of Ozone Depletion: Global Ozone Research and Monitoring Project, Report No. 50, Genève.
Pommereau, J.-P. et F. Goutail, 1988: O3 and NO2 ground-based measurements by visible spectrometry during Arctic winter and spring 1988, Geophys. Res. Lett., 15, 891-894.
Staehelin, J., A. Renaud, J. Bader, R. McPeters, P. Viatte, B. Högger, V. Bugnion, M. Giroud et H. Schill, 1998: Total ozone series of Arosa (Switzerland). Homogenization and data comparison, J. Geophys. Res., 103, 5827-5841.
Staehelin, J., N.R.P. Harris, C. A ppenzeller et J. Eberhard, 2001: Ozone trends: a review, Rev. Geophys., 39, 231-290,.
Steinbrecht, W., H. Claude, F. Schönenborn, I. S. McDermid, T. Leblanc, S. Godin et al., 2006: Long-term evolution of upper stratospheric ozone at selected stations of the Network for the Detection of Stratospheric Change (NDSC), J. Geophys. Res., 111, D10308, doi:10.1029/2005JD006454.
Stolarski, R.S. et R.J. Cicerone, 1974: Stratospheric chlorine: a possible sink for ozone, Can. J. Chem., 52, 1610-1615.
Thompson, A., J.C. Witte, H.G.J. S mit, S.J. O ltmans, B.J. J ohnson, V.W.J.H. Kirchhoff et F.J. Schmidlin, 2007: Southern Hemisphere Additional Ozonesondes (SHADOZ) 1998-2004 tropical ozone climatology: 3. Instrumentation, station-tostation variability, and evaluation with simulated flight profiles, J. Geophys Res., 112, D03304, doi:10.1029/2005JD007042.
Vandaele, A.C., C. Fayt, F. Hendrick, et al., 2005: An intercomparison campaign of ground-based UV-visible measurements of NO2, BrO, and OClO slant columns: Methods of analysis and results for NO2, J. Geophys. Res., 110 (D8), Art. No. D08305 APR 26.
* Président du Groupe consultatif scientifique pour l’ozone de la VAG, Commission des sciences de l’atmosphère de l’OMM