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L’infrastructure IAGOS, un outil pour la surveillance et le prévision de la chimie atmosphérique

L’infrastructure IAGOS, un outil pour la surveillance et le prévision de la chimie atmosphérique. F. Karcher (1) , M. Stoll (2) , Y. Lemaître (2) , J.- P. Cammas (3) , P. Nédélec (3) Centre National de Recherches Météorologiques, Météo-France et CNRS, Toulouse

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L’infrastructure IAGOS, un outil pour la surveillance et le prévision de la chimie atmosphérique

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Presentation Transcript

  1. L’infrastructure IAGOS, un outil pour la surveillance et le prévision de la chimie atmosphérique F. Karcher(1), M. Stoll(2), Y. Lemaître(2), J.- P. Cammas(3), P. Nédélec(3) Centre National de Recherches Météorologiques, Météo-France et CNRS, Toulouse Direction des Systèmes d’Observation, Météo-France, Toulouse Laboratoire d’Aérologie, UMR 5560, CNRS et Université de Toulouse-3 Paul Sabatier. AEI-2008, Toulouse

  2. IAGOS : Evolution Integration of routine Aircraft measurements into a Global Observing System European Research Infrastructure MOZAIC FP5 1994-2004 IAGOS-DS FP62005-2008 IAGOS-ERI ESFRI2006 IAGOS-ERI FP7RI-PP2008-2011 AEI-2008, Toulouse

  3. Sommaire • Résultats des projets de recherche MOZAIC • Infrastructure IAGOS • Objectifs • Tâches en cours • Diffusion des observations • Prospective AEI-2008, Toulouse

  4. MOZAIC I, II et III (1994-2008) 5 avions 2500 vols/an O3, H2O Depuis 2002 : CO Sur avion LH : NOy AEI-2008, Toulouse

  5. Instrumentation MOZAIC Rack MOZAIC O3, CO : CNRS/LA H2O, : FJZ Prises d’air sur le fuselage Instrument NOx/ NOy : FZJ AEI-2008, Toulouse

  6. Base de données à usage recherche : CNRM + LA • Données 1994-2006 • Résolution verticale : 20 m / 150 m • Résolution horizontale : 1 km / 15 km • Migration vers CNRS/LA – CNES/Ether • Utilisation internationale : 50 équipes de recherche • Environ 80 publications AEI-2008, Toulouse

  7. Humidité relative, Haute troposphère, Atlantique Nord AEI-2008, Toulouse

  8. Haute troposphère tropicale AEI-2008, Toulouse

  9. MOZAIC : thèmes scientifiques • Humidité de la haute troposphère • Distributions haute tropo/basse strato : O3, CO, NOy • Échanges Stratosphère –Troposphère • Transport à longue distance des produits de la combustion de la biomasse • Variabilité interannuelle et tendances de l’ozone (régions tropicales et extra-tropicales) • Modèles de Chimie et Transport : validation • Impacts de l’aviation sur l’atmosphère AEI-2008, Toulouse

  10. Avec MOZAIC, l’Europe a pris de l’avance • Utilisation de la flotte commerciale • Peu coûteuse (transport gratuit de l’instrumentation) • Nécessaire pour compléter les observations à partir du sol et de satellites • Raisons du succès • Participation active d’Airbus • Peu d’incidence sur les opérations aéronautiques • Intérêt scientifique • Besoin d’une infrastructure de recherche pérenne basée sur les principes de MOZAIC AEI-2008, Toulouse

  11. Infrastructure IAGOS : objectifs • Réaliser un service d’observation opérationnel et permanent de la haute-troposphère/basse-stratosphère • Étendre la couverture spatiale des observations • Étendre les observations physico-chimiques pour mieux appréhender les causes et les effets du changement climatique et ses relations avec la chimie atmosphérique • Préparer l’utilisation des observations en temps réel pour la prévision du temps et de la qualité de l’air AEI-2008, Toulouse

  12. Calendrier 03 05 07 09 11 Recherche env. climat infrastructures MOZAIC-I, … MOZAIC-III conception IAGOS-DS st * Installation, statut IAGOS-ERI 5 A-340 3 A-340 20 A-330/340 AEI-2008, Toulouse

  13. IAGOS-DS (2005-2009) : tâches • Coordination : FZ Jülich, A. Volz-Thomas • Faisabilité de l’infrastructure et définition des besoins utilisateurrs : CNRS/LA, J.-P. Cammas • Conception et certification des instruments IAGOS : CNRS/LA, P. Nédélec • Etudes pour instrumentation aérosol : DLR, A. Petzold • Etudes instrumentation miniaturisée : Université Cambridge, R. L. Jones • Transmission en temps réel : CNRM, F. Karcher AEI-2008, Toulouse

  14. IAGOS-DS1 (2005-2009) : coordination • MPG (Iéna), nouveau participant pour la mesure CO2, 2005 • Extension du contrat pour retard sous-traitance instrumentation IAGOS, 2006 • Proposition acceptée à l’ESFRI, 2006 • Proposition FP7 infrastructures acceptée, 2007 • Extension du contrat pour retard sous-traitance instrumentation IAGOS, 2008. AEI-2008, Toulouse

  15. IAGOS-DS2 : faisabilité, besoins • Besoins utilisateurs : • Contacts IGACO, GMES • Participation au rapport GMES-WG3 sur les besoins de la chimie atmosphérique en mesures in-situ, 2007 • Proposition Infoair (lab. Aerospace Valley), Région M.-P., 2006 • Évaluation du coût de transport/maintenance de l’instrumentation • MOA avec Air Namibia, MOU avec China Airlines • Coûts de fonctionnement pour demandes ESFRI et FP7. • Contacts pris avec de nombreuses compagnies aériennes, dans plusieurs continents, pour atteindre une couverture globale. • Présentation IAGOS au symposium OACI sur l’environnement, Montréal mai 2007. AEI-2008, Toulouse

  16. IAGOS-DS3 : instrumentation • Réalisation et tests d’un prototype O3, CO, DAS au CNRS/LA, 2006 • Faillite sous-contractant Sinters, appel d’offres pour réalisation et certification, 2006. Choix de Tharsys et Sogerma pour l’intégration/certification • Modification des instrumentations NOy et NOx. 2006, certification 2007, en test sur avion LH. • Tests de différents compteurs de gouttelettes, choix de CDP-100, puis BCP-100 de DMT • Décision de STC-1 pour instrumentation O3, CO, H2O, CDP, DAS et prises d’air, STC-2 pour instrumentations complémentaires, 2006. AEI-2008, Toulouse

  17. Instrumentation IAGOS • Package 1 : CO, O3, H2O, BCP, DAS • Package 2a : NOy • Package 2b : NOx • Package 2c : Aérosols • Package 2d : CO2, CH4 • RTTU AEI-2008, Toulouse

  18. IAGOS-DS4 : aérosol • Mesure en continu : • CPC (compteur de particules de condensation) • mode de nucléation (<15 nm), • mode d’Aïtken (15-100 nm) • OPC (compteur optique de particules, >100nm) • Conception d’une prise d’air chauffée et d’un compteur optique de particules, • Séparation constituants volatils • Tests fonction de transfert en cours • Conception Package 2c AEI-2008, Toulouse

  19. IAGOS-DS5 : miniaturisation • Conception d’un instrument O3 abs. UV avec Proffitt Instruments : évaluation labo + avion • Conception d’un capteur H2O type SAW • Test (avec DWD) d’un nouveau capteur H2O pour AMDAR : ne convient pas à IAGOS • Décision de ne pas miniaturiser CDP pour en faire un indicateur de nuage. • élimination du capteur Zirox pour la mesure de CO2. Décision de réaliser l’instrumentation 2d. AEI-2008, Toulouse

  20. IAGOS-DS6 : transmissions • Étude de l’utilisation du système AMDAR pour le temps-réel. • sélection des données à réaliser en vol, • Préparation du message dans ACMS/DMU dont la modification n’est pas souhaitée • Utilisation d’un calculateur indépendant RTTU • Acquisition données Package 1 • Sélection de données (points caractéristiques) • Interface avec système de radio-communication avion • Appel d’offres en préparation pour tests d’interface AEI-2008, Toulouse

  21. P2a P2b P2c P2d Données transmises en temps réel 2 profils = 80 observations 1 observation = 16 à 19 paramètres • Aircraft identifier • Observation number • Phase of flight • Latitude • Longitude • Date and time • Pressure altitude • Static air temperature • Water vapour mass mixing ratio • Wind direction • Wind speed • O3 volume mixing ratio • CO volume mixing ratio • Liquid+solid water mass mixing ratio • Cloud particle average size • NOy volume mixing ratio • NOx volume mixing ratio • Density of aerosols with D > 5 nm • Density of aerosols with D > 14 nm • Density of aerosols with 0.25 µm < D < 2.5 µm • Non-volatile aerosol ratio • CO2 volume. mixing ratio • CH4 volume mixing ratio P1 AEI-2008, Toulouse

  22. Sélection de 40 niveaux caractéristiques communs à 6 paramètres (T, u, v, HR, rmv O3, CO), montée 30 mn AEI-2008, Toulouse

  23. Instrument Package 1 RTTU Une seule des 3 connections est active Segment-avion 1 2 3 DMU ATSU satellite VHF Satcom E-ADAS, envoi sur GTS AEI-2008, Toulouse

  24. 1er prototype RTTU AEI-2008, Toulouse

  25. Diffusion Données IAGOS • Transmission différée après atterrissage • Toutes données IAGOS + données de servitude • Par GPRS vers base de données Recherche • 10 Moctets/vol, délai de mise à disposition: 15j • Transmission temps réel • Données sélectionnées pour prévision QA • Radio-communications avion + E-ADAS • 20 koctets par vol, délai < 2h AEI-2008, Toulouse

  26. Phase préparatoire IAGOS-ERI (2008-2012) • Projet FP7-Infrastructures 1 • Démarre en 09/2008, 4 ans, coord : FZJ • Objectifs : • Poursuite de la coordination avec usagers, AMDAR, compagnies aériennes • Mise en place de l’infrastructure : cadre légal, financement, place dans IGACO (OMM) • Préparation des opérations : construction et certification RTTU, instrumentation aérosol, CO2 extension des certifications, maintenance. • Développements techniques : instrumentation miniaturisée, Caribic, capteur H2O pour AMDAR. AEI-2008, Toulouse

  27. Objectifs Météo-France • Bénéficier des observations IAGOS pour la recherche sur l’interaction entre chimie atmosphérique et changement climatique. • Contribuer au programme GMES en participant à la collecte de données pour la prévision de la qualité de l’air. • Participer à la gestion de l’infrastructure. • Organiser au mieux l’infrastructure pour un fonctionnement opérationnel optimal. AEI-2008, Toulouse

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