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Le service de surveillance de l'atmosphère de Copernicus

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Copernicus est le programme d’observation de la Terre de l’Union européenne. Il s’intéresse à notre planète et à son environnement au bénéfice de tous les citoyens européens. Il offre six services d'information basés sur l'observation de la Terre par satellite et sur des données de surface. Parmi ceux-ci, citons le service de surveillance de l'atmosphère (CAMS), qui fournit des données en temps quasi réel sur la qualité de l'air et la couche d'ozone, à la fois au niveau mondial et européen. L’IASB s’est associé à différents consortiums internationaux où il contribue au Service CAMS par la validation de produits et le développement de modèles.
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Le service de surveillance de l'atmosphère Copernicus: un programme majeur de l'UE pour tous ses citoyens

Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS) fournit des données et des informations continues sur la composition de l'atmosphère. Il décrit la situation actuelle, en fait une prévision sur quelques jours et analyse systématiquement les enregistrements de données rétrospectives des dernières années. Ces produits sont fournis gratuitement via un catalogue interactif.

CAMS fournit des informations essentielles pour  divers domaine, notamment la santé, la surveillance de l'environnement, les énergies renouvelables, la météorologie et la climatologie.

Le service est axé sur cinq domaines principaux:

  1. qualité de l’air et composition de l’atmosphère
  2. couche d'ozone et rayonnement ultraviolet
  3. émissions et flux de surface
  4. radiation solaire
  5. forçage climatique

CAMS est mis en œuvre par l’ European Center for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) avec la contribution des États membres par le biais d'appels d'offres concurrentiels. Grâce à ses nombreuses collaborations internationales, l’IASB a décroché trois contrats pour apporter une contribution essentielle au CAMS:

  • la collecte et le contrôle de la qualité des données de référence
  • la validation des produits de base
  • le développement logiciel d'un module de chimie stratosphérique pour le modèle mondial de la prochaine génération de l’ ECMWF

 

L'IASB fournit des observations de référence

Notre institut coordonne la collecte des observations au sol effectuées par le Network for the Detection of Atmospheric Change (NDACC), assure le contrôle de la qualité de ces observations et les transmet a l’ECMWF et à d'autres fournisseurs de CAMS afin de permettre la validation continue  des analyses et des prévisions  de CAMS.

Pour ce contrat, l'IASB collabore avec plus de 26 groupes de recherche de 19 instituts différents dans le monde.

L'IASB contribue à la validation

Notre institut a remporté deux contributions importantes à la validation continue des produits de base fournis par CAMS.

  1. Le premier compare les produits CAMS aux observations NDACC et TCCON que nous collectons en permanence.
  2. La seconde se concentre sur la couche d'ozone stratosphérique, comparant les analyses et les prévisions de CAMS à des observations satellitaires indépendantes 

Des diagrammes de validation préliminaires sont automatiquement générés sur des serveurs dédiés pour les données NDACC et l'ozone stratosphérique. Des rapports de validation soigneusement examinés sont fournis tous les trimestres et tous les ans. CAMS étant un programme opérationnel, et non un projet de recherche, la livraison dans les délais et la qualité de ces rapports sont garanties par contrat.

L'IASB participe à l'élaboration du modèle mondial de la prochaine génération

Le développement du modèle et du système d'assimilation de données BASCOE a apporté à l'IASB une solide expertise en modélisation de la composition chimique dans la stratosphère et en sa comparaison quantitative avec les observations par satellite. Ce savoir-faire est pleinement valorisé dans CAMS par le biais de contributions essentielles au contrat de validation et à un contrat de développement de modèle.

En effet, le modèle actuellement utilisé par l’ECMWF dans CAMS ne prend pas explicitement en compte la chimie de la stratosphère mais s’appuie plutôt sur une représentation simplifiée de l’ozone et des corrections par assimilation des observations satellitaires. Afin de résoudre ce problème dans le système opérationnel de prochaine génération, l'IASB s'est associé à l'institut météorologique néerlandais pour fournir une version opérationnelle du modèle ECMWF qui combine la chimie de la troposphère du  modèle néerlandais et la chimie de la stratosphère du système BASCOE. Un prototype de ce modèle combiné avait déjà été décrit dans une revue à comité de lecture (Huijnen et al., GMD, 2016).

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Figure 2 caption (legend)
Carte du monde montrant les stations des réseaux NDACC et TCCON utilisées pour la validation du modèle CAMS. BIRA-IASB coordonne et contrôle de qualité les flux de données provenant des instruments NDACC.
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Densité de l'ozone dans la basse stratosphère au-dessus du pôle Sud, en fonction du temps au cours de l'année 2011. La référence est la réanalyse BASCOE de Aura-MLS (ligne noire; voir l’article sur BRAM), montrant clairement le “trou d’ozone” comme une forte diminution entre août et novembre. Les lignes colorées indiquent les résultats selon 3 versions pré-opérationnelles du modèle global CAMS: en rouge, à l'aide du code logiciel extrait de BASCOE; en vert et en bleu, à l'aide de codes logiciels fournis respectivement par l'Institut de météorologie Max Planck (Allemagne) et par Météo-France.