Discussion sur ces différences

Pour estimer le rôle de la variabilité du transport, la hauteur de la tropopause (Fi-gure 3.9a), l’origine des masses d’air (Table 3.2) et leurs mouvements verticaux (Table 3.4) ont été comparés entre les deux instruments.

La différence significative de la hauteur de la tropopause au printemps 2005-2008 avec une tropopause plus basse pour les ECC, est cohérente avec une plus forte valeur d’ozone à 7 km par rapport au lidar, en faisant l’hypothèse que les intrusions stratosphériques sont plus fréquentes lorsque la tropopause est plus basse.

Des différences sont aussi observées sur le transport à longue distance pour les trois pé-riodes 1996-1999, 2000-2004 et 2005-2008 à 500 hPa (5 km) (Table 3.2). En effet, nous pou-vons montrer que les ECC sondent le plus souvent des masses d’air provenant d’Atlantique tropical et moins d’Europe (1996-1999, 2000-2004) ou d’Atlantique nord (2005-2008) par rapport au lidar. D’après la Table 3.4, en 1996-1999 les mesures des ECC sont plus sou-vent liées à des masses d’air ascendantes. Des événements d’ascendance et de flux de sud plus fréquents peuvent induire des quantités plus importantes d’ozone au printemps et en été lorsque l’ozone peut être photochimiquement produit. En revanche, les régimes de transport sont assez peu différents entre les masses d’air associées à chacun des deux instruments pour la période 1991-1995 quand les différences en ozone sont faibles entre

DJF MAM JJA SON 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 Nb of layer between 3−9 km OHP Station 1991−1995 ECC LIDAR (a) 1991-1995

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0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 Nb of layer between 3−9 km OHP Station 1996−1999 ECC LIDAR (b) 1996-1999

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0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 Nb of layer between 3−9 km OHP Station 2000−2004 ECC LIDAR (c) 2000-2004

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0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 Nb of layer between 3−9 km OHP Station 2005−2008 ECC LIDAR (d) 2005-2008

Figure 3.11: Nombre moyen de pics d’ozone par profil, pour chaque période et pour chaque instrument, ECC (cercle rouge) et lidar (croix noire) dans la troposphère libre (3-9 km).

les mesures ECC et lidar. Ceci implique aussi que les différences d’ozone sur les moyennes saisonnières, pour la période 1991-1995, correspondent à des différences purement instru-mentales. Dans ce cas, si l’on moyenne ces différences, on obtient un biais systématique entre les deux instruments de −0.6, ce qui est plus faible que 1.3 ppbv calculé à partir des différences pour toutes les périodes où les différences d’échantillonnage lié au transport sont davantage pris en compte.

Ces analyses nous permettent de montrer le rôle prépondérant joué par les différences d’échantillonnage.

3.5 Conclusion

La comparaison des observations ECC et lidar sur 20 ans de mesure est conduite en moyennant les concentrations d’ozone sur deux couches dans la troposphère libre (4-6, 6-8 km) et sur quatre périodes de quatre ou cinq ans (1991-1995, 1996-1999, 2000-2004 et 2005-2008). Nous avons obtenu un faible biais systématique sur les moyennes saison-nières d’environ 1.3 ppbv qui correspond au biais instrumental trouvé lors des campagnes d’intercomparaison à l’OHP.

L’étude de la variabilité du transport à l’OHP est également menée pour discuter les ré-sultats de cette comparaison en terme de différence d’échantillonnage. D’après l’analyse des rétro-trajectoires calculées pour les jours d’observations des instruments, l’OHP serait majoritairement influencé par les flux venant d’Atlantique nord à 500 hPa (5 km) tandis qu’à 700 hPa (3 km) les flux d’Atlantique tropical et d’Atlantique nord sont équivalents à toutes les périodes. Ce n’est pas exactement ce que l’on trouve si on étudie le transport sur tous les jours (sondés ou non par les instruments) car pour la période 2005-2008, à 500 hPa (5 km), le flux de sud serait plus important que le flux d’Atlantique nord. D’après cette même analyse, on trouve que l’échantillonnage par les deux instruments est différent. Le lidar sous-échantillonne les masses d’air provenant du sud. Les différences significatives en terme de transport sont observées à toutes les périodes sauf en 1991-1995. Ceci est cohérent avec les plus faibles différences (< 5 ppbv) observées sur les moyennes saisonnières des deux instruments à cette période. Le biais systématique calculé à partir des différences d’ozone sur les moyennes saisonnières à la période 1991-1995 uniquement est de −0.6 ppbv et correspond davantage au biais systématique purement instrumen-tal. Nous remarquons qu’il est plus faible que le biais de 1.3 ppbv calculé à partir des différences d’ozone pour toutes les périodes et prenant en compte, par conséquent, les

dif-du lidar dû aux situations météorologiques moyennes différentes de celles correspondant aux observations des ECC. Lorsqu’il est le seul pris en compte, ce dernier souffre aussi d’un certain biais à cause du faible nombre d’observations associées.

Ainsi, la combinaison des deux jeux de données augmenterait le nombre d’observations, réduirait significativement les biais météorologiques et améliorerait l’estimation des ten-dances d’ozone sur une période de vingt ans à l’OHP.

Variabilité inter-annuelle de l’ozone

tro-posphérique

4.1 Introduction

Les ECC et le lidar sous-échantillonnent tous deux les situations météorologiques et ceci nous conduit à combiner les deux jeux de données pour améliorer l’étude des varia-bilités saisonnière et inter-annuelle de l’ozone à l’OHP. Les incertitudes sur les moyennes saisonnières, calculées avec l’ensemble des observations et résultant des biais instrumen-taux, sont plus faibles que les incertitudes résultant d’un échantillonnage limité dont le nombre de mesures annuelles est inférieur à 100. Ainsi, l’augmentation du nombre de mesures par un facteur 2 permet d’améliorer l’évaluation d’une moyenne saisonnière alors que l’incertitude due à des écarts systématiques reste faible (< 2 ppb). Par ailleurs, ces écarts n’influencent pas significativement les tendances inter-annuelles car les observations de chacun des instruments sont bien distribuées dans le temps.

Pour les altitudes inférieures à 3 km, nous n’utilisons cependant que les sondes ECC car les mesures lidar deviennent trop sensibles aux erreurs d’alignement à ces altitudes. Dans ce chapitre, nous utilisons aussi les mesures de l’analyseur d’ozone en surface sur une période plus courte (1998-2010) pour caractériser la variabilité des tendances dans la couche limite atmosphérique.

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