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Assurance qualité pour le service Changement climatique du programme Copernicus

Research Topic Chapter
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En soutien au service Changement climatique du programme européen Copernicus (C3S), le projet Assurance-qualité pour les variables climatiques essentielles (QA4ECV) a mis au point un système générique d’assurance qualité (QA) pour les observations réalisées à partir de satellites. Ce système d’assurance qualité a été appliqué avec succès à la génération de six nouveaux jeux de données climatiques sur le dioxyde d’azote atmosphérique (NO2), le formaldéhyde (HCHO) et le monoxyde de carbone (CO), ainsi que sur l’albédo de la surface, l’indice de surface foliaire (LAI) et la fraction absorbée du rayonnement photosynthétiquement actif (FAPAR).
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Pourquoi une assurance qualité pour les données climatiques

L'évaluation des changements climatiques en cours, ainsi que les politiques d'atténuation et d'adaptation à leurs effets, requièrent l'observation systématique de variables climatiques essentielles décrivant les propriétés chimiques et physiques de la biosphère.

Actuellement, 54 systèmes de surveillance du climat contribuent au Système mondial d'observation du climat (GCOS), produisant des données dans les domaines atmosphérique, cryosphérique, océanique et terrestre.  Dans des projets récents soutenus par l'Agence spatiale européenne (ESA) et la Commission européenne (CE), la génération de jeux de données climatiques (CDR) de qualité a fait l’objet d’un soin tout particulier afin d'évaluer les tendances, les structures géographiques et les fluctuations à long terme (sur plusieurs décennies), sur la base:

  • de mesures satellites
  • de réseaux de surveillance 
  • de sources de données complémentaires

La documentation fiable du processus de génération et la quantification rigoureuse de la qualité de ces CDR sont essentielles à la compréhension scientifique du système climatique et à l’élaboration de décisions politiques éclairées. Néanmoins, il est souvent ardu de trouver une information complète et traçable sur la qualité des données, entre autres en l’absence d’un cadre rigoureux d’assurance qualité de la génération des données. L'harmonisation de l’information et de la documentation entre les différents domaines scientifiques est également essentielle pour les utilisateurs de données.

Système d'assurance qualité générique pour les enregistrements de données climatiques

Développé à l'institut national de normalisation NPL (Royaume-Uni) avec l'expertise de l’IASB pour le domaine atmosphérique et en métrologie de la télédétection, le système d'assurance qualité QA4ECV a été appliqué à la génération de CDR pour six variables climatiques essentielles des domaines atmosphérique et terrestre :

  1. NO2
  2. HCHO
  3. CO
  4. l'albédo de surface
  5. l'indice de surface foliaire
  6. la fraction absorbée du rayonnement photosynthétiquement actif

 

S'appuyant sur les normes internationales en matière de métrologie, de terminologie et d’ingénierie système, ce système d'assurance qualité générique fournit des directives sur la manière d'assurer, d'évaluer et de documenter la qualité des données climatiques, par exemple via des chaînes de traçabilité décrivant le processus de génération de données et permettant d’estimer leur incertitude par la méthode de propagation d'erreur.

Ce système contribue désormais à la fonction d'évaluation et de contrôle de la qualité du service européen Copernicus sur le changement climatique (C3S), coordonné par le Centre Européen pour la prévision météorologique à moyen terme (ECMWF).

Serveur de validation des données atmosphérique

En tant qu'application pratique et directe pour le domaine atmosphérique, l’IASB a élaboré un serveur de validation des variables climatiques atmosphériques, à vocation opérationnelle, virtuellement applicable à toute variable climatique atmosphérique mesurée par satellite : gaz réactifs, gaz à effet de serre, ozone, particules fines, température... Un prototype de ce serveur a été appliqué avec succès à la validation de 15 ans de données sur le NO2, le HCHO et le CO, produits par différents satellites.

Suite à cette démonstration réussie, le prototype QA4ECV a été sélectionné par l’Agence Spatiale Européenne pour être intégré à son Centre de performance pour la mission Sentinel-5p TROPOMI (S5P MPC).

 

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Figure 2 caption (legend)
Une assurance qualité QA4ECV pour les variables climatiques essentielles. © Crédit EC QA4ECV du 7e PC, 2014-2018.
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La chaîne de traçabilité décrit comment l’enregistrement de données climatiques est dérivé de mesures satellitaires. © Crédit EC QA4ECV du 7e PC, 2014-2018.
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Atmospheric ECV Validation Server compare les enregistrements de données climatiques issus de satellites à des mesures de référence au sol et génère des indicateurs de qualité. © Crédit EC QA4ECV du 7e PC, 2014-2018.