L’analyse des sondes ECC consiste à calculer la concentration d’ozone en fonction du courant de l’électrolyse en prenant en compte les corrections reliées aux performances du dispositif qui varient au cours du vol. Elle est constituée de sept étapes (Figure 2.13).
Figure 2.12: Profil d’ozone du 11 avril 2012.
problèmes de télémétrie.
Ensuite, on découpe les phases de montée et de descente du ballon ne prenant en compte que la phase montante car les données de la phase descendante ne sont pas exploitables. La température de la sonde nécessaire pour le calcul de la pression partielle d’ozone varie au cours du vol et on doit le prendre en compte. Avant 2007, la température de la sonde était mesurée sur le bulleur puis la sonde a été insérée dans le corps de la pompe. Ceci induit une différence de température de 0.5 K.
Comme nous l’avons vu dans la section 2.2.2, un courant zéro (I0) doit être calculé pour corriger les erreurs dues à l’interférence d’autres oxydants tel que le dioxygène (O2). L’équation 2.13 permet de remonter à la correction de cette erreur IBG à toutes les alti-tudes. IBG = I0 A0+ A1∗ P + A2∗ P2 A0+ A1∗ P0+ A2∗ P2 0 (2.13) où
P est la pression de l’air ambiant en hPa, A0 = 0.00122504,
A1 = 0.0001241115, A2 = −2.687066E − 8.
D’autre part, la variation de l’efficacité de la pompe en fonction de la pression du milieu et donc de l’évaporation de la solution cathodique doit être prise en compte. Un tableau reliant les facteurs de correction en fonction de la pression est donné par le constructeur. Il faut ensuite interpoler les valeurs théoriques de ce tableau vers les valeurs des facteurs (Cef f) en fonction des pressions mesurées réellement.
L’equation de la pression partielle de l’ozone se réécrit alors comme :
P3 = 4.307 ∗ 10−4(I − IBG) ∗ Tb∗ t ∗ Cef f (2.14) où
P3 est la pression partielle d’ozone en mPa,
I est le courant mesuré correspondant à la présence d’ozone en µA,
IBG est le courant causé par les oxydants autres que l’ozone comme le dioxygène O2 en µA,
0 5 10 15 20 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
Correction factor during 20yrs(91−2010)
Figure 2.14: Evolution dans le temps du facteur correctif calculé en normalisant la colonne totale mesurée par les ECC par la colonne totale mesurée par le Dobson jusqu’en 2002 et le SAOZ ensuite. La droite bleue correspond à la valeur 1. Les droites bleues pointillées déterminent les limites de quatre périodes utilisées pour l’analyse de la variabilité de l’ozone dans le Chapitre 3 (1991-1995, 1996-1999, 2000-2004, 2005-2008).
Tb est la température dans la boîte en Kelvin,
t est le temps de pompage de 100 ml d’air en seconde,
Cef f est la correction due au changement de pression au cours du vol qui joue un rôle sur l’efficacité de pompage.
Ensuite, on calcule l’ozone résiduel qui correspond à une climatologie des profils au-dessus de 25 km normalisée à la dernière concentration valide avant l’éclatement du ballon. Aucune valeur au-dessus de 7 hPa n’est prise en compte. La colonne totale d’ozone peut alors être calculée pour le sondage ECC.
Elle est ensuite normalisée par la colonne d’ozone mesurée par un DOBSON (jusqu’en 2002) ou un SAOZ (ensuite). Le rapport est appelé facteur correctif (fc). Il rend compte de la qualité de la mesure de la sonde ECC. Les données qui correspondent à des facteurs correctifs inférieurs à 0.8 ou excédant 1.3 ne sont pas prises en compte. Ce facteur qui peut être appliqué sur les profils d’ozone ne l’est pas dans la troposphère car il est surtout sensible aux mesures stratosphériques. Néanmoins, sa tendance sur vingt ans montre une diminution de l’ordre de 5 %, ce qui peut être lié au passage vers les sondes ENSCI en mars 1997 (Figure 2.14) et rend principalement compte de la variation des conditions de mesures dans la stratosphère.
Lors de ce changement, la concentration de l’électrolyte est restée la même. L’étude de Smit et al. (2007) qui porte sur trois campagnes JOSIE (1996, 1998 et 2000)
d’inter-Figure 2.15: JOSIE : Différences entre les sondes (A) ENSCI-Z et (B) SPC-6A
par rapport à l’analyseur UV (OPM), et (C) la différence relative entre les deux types de sondes (Smit et al., 2007) pour différentes campagnes (1996, 1998 et 2000). Les sondes ECC ont toutes été préparées avec 1% de Iodure de Potassium (KI) dans la solution de la cathode.
comparaison des sondes ECC ENSCI et SPC entre elles, en conditions contrôlées au laboratoire, montre des biais variant entre −5 et 10% dans la troposphère selon les cam-pagnes, même lorsque la préparation de la solution cathodique est inchangée comme ce fut le cas à l’OHP (Figure 2.4). Pour la campagne la plus récente (2000), il est montré que 0.5% de Iodure de Potassium (KI) dans la solution de la cathode pour les sondes ENSCI et 1% pour les sondes SPC correspondent à des mesures d’ozone plus proches de celles de l’analyseur UV (Figure 2.4) et les biais entre les deux sondes se trouvent notablement diminués dans la troposphère (0-1%) (Figure 2.4). Dans notre cas, la solution comporte 1% de KI pour les deux types de sondes et le biais entre les deux sondes varie entre 5 et 10% dans la troposphère.
Comme nous l’avons vu dans la section 2.2.2, la sonde d’humidité a changé en 1997 (A-Humicap RS80, H-Humicap) et le constructeur des radiosondes a changé en 2007 (VAISALA, MODEM). L’humidité est donc mesurée avec des capteurs différents et cela peut causer une discontinuité dans la mesure surtout dans la haute troposphère où les biais sont les plus importants. Ils varient entre 5 % dans la haute troposphère (8 km) à 3% dans les couches plus basses. Cela induit une erreur dans l’étude de tendances d’humidité. L’humidité mesurée par les sondes à l’OHP est donc utilisable pour classifier des masses d’air et les sources de variabilité inter-annuelle mais elle est limitée pour étudier des tendances. L’incertitue sur la mesure est de l’ordre de 3% selon chaque constructeur. D’autre part, à partir de 2007, la pression n’est plus mesurée directement mais recalculée
Figure 2.16: JOSIE : Différences entre les sondes (A) ENSCI-Z et (B) SPC-6A
par rapport à l’analyseur UV (OPM), et (C) la différence relative entre les deux types de sondes (Smit et al., 2007) pour la campagne de 2000. Les sondes ECC ont été préparées soit avec 1%, 0.5% ou 0.2% de Iodure de Potassium (KI) dans la solution de la cathode.
Figure 2.17: JOSIE : Différences entre les sondes (A) ENSCI-Z et (B) SPC-6A
par rapport à l’analyseur UV (OPM), et (C) la différence relative entre les deux types de sondes (Smit et al., 2007) pour la campagne de 2000. Différentes combinaisons entre les sondes ECC sont testées avec 1% et 0.5% de Iodure de Potassium (KI) dans la solution de la cathode.
100 m. Ce constat pose un problème si l’on veut calculer la tendance de la hauteur de la tropopause thermique sur les vingt ans de données mais ceci n’impacte pas des moyennes sur des couches d’1 km.