Les radiosondages

Une radiosonde est un instrument transporté par un ballon à travers l'atmo-sphère avec une vitesse ascensionnelle quasi-constante. En mesurant le temps écoulé depuis son lancement, on peut alors évaluer son altitude. La durée de l'ascension est d'environ deux heures, représentative des conditions météorologiques à l'heure du lâcher. Elle est équipée d'appareils de mesure des variables météorologiques telles

10 2.1 Les observations in situ et les mesures GPS que la pression, la température, l'humidité, etc ... Les informations enrégistrées par la radiosonde sont transmises par radio aux stations de radiosondages dans la bande de fréquence de 400 MHz. Cette bande de fréquence permet une très bonne communication entre la radiosonde et les stations de réception au sol. On peut ainsi distinguer diérents types de radiosondes en fonction de la méthode de lancée de l'instrument. Une radiosonde peut être parachutée à bord d'un avion ou lancée par une fusée (roquette) dans ce cas le nom communément utilisé est dropsonde. Ainsi un ballon munis d'une radiosonde eectue dans l'atmosphère un radiosondage. Le radiosondage est alors dénie comme la détermination par les radiosondes des variables météorologiques à travers les prols de température et d'humidité principalement.

2.1.1.2 La mesure de l'humidité relative dans les radiosondes

L'appareil servant à mesurer l'humidité relative s'appelle un hygromètre. Il mesure le taux d'humidité contenue dans l'air. On distingue ainsi diérents types de capteurs. Les hygromètres traditionnels, ou hygromètres à cheveux , utilisent les propriétés des cheveux qui s'allongent quand l' humidité s'accroît. Les hygromètres professionnels sont électroniques et leur fonctionnement se fonde sur le principe de la variation de capacité d'un condensateur avec l'humidité. On distingue ainsi diérents types de capteurs :

Le psychromètre est composé d'un thermomètre sec et d'un thermomètre mouillé par l'eau contenue dans un reservoir. Si l'air est saturé (à 100% d'hu-midité) l'eau ne s'évapore plus et les deux thermomètres indiquent les mêmes températures. Quand l'air n'est pas totalement saturé, l'eau du reservoir s'é-vapore, si bien que le thermomètre mouillé se refroidit d'autant plus vite que l'air est sec. La diérence de température mesurée entre les deux ther-momètres fournie une mesure de l'humidité relative de l'atmosphère.

Le capteur capacitif à couche mince est actuellement le plus utilisé par les stations météorologiques. Il est basé sur la variation de la constante diélec-trique du volume de certaines résines (une couche de polymère) en fonction de l'humidité de l'air ambiant. Il possède deux électrodes de part et d'autre de la lame de polymère hygroscopique de l'ordre de 4mm2 sur 0.2mm d'épaisseur.

En absorbant les molécules d'eau, la lame grossit et écarte les électrodes, ce qui se traduit par une variation de la capacité du condensateur. La capac-ité du capteur varie linéairement avec l'humidcapac-ité relative et avec une faible dépendance à la température.

2.1.1.3 Les biais dans les radiosondes

Des études antérieures faites avec les radiosondes montrent l'existence de biais secs (e.g Guichard et al., 2000). Par la suite ces biais secs ont été identiés et leurs origines sont diverses. On peut citer :

1. Les biais liés à la contamination au sein du radiosonde décrit par Wang et al. (2002). Ces biais peuvent être de nature chimique et proviennent du styrène émis (gaz) par la radiosonde. Ils sont de l'ordre de 11% pour les fortes valeurs d'humidité.

2. Les biais dus à une erreur de calibration, particulièrement au niveau des températures très froides. Les valeurs maximales de ces biais ont été identiées pour des valeurs de températures très froides, particulièrement sur les niveaux supérieurs de l'atmosphère. A cet eet des corrections ont été proposées par Miloshevich et al. (2001); Leiterer et al. (2005).

3. L'âge de la radiosonde est aussi un facteur à prendre en compte sur la pré-cision des mesures de ces appareils. En eet lors de la campagne TRMM (Tropical Rainfall Measurement Mission) de 1999, Roy et al. (2004), en ap-pliquant une méthode de correction sur les diérents types de radiosondes du constructeur Vaïsala en fonction de l'âge de la radiosonde montrent des biais sur l'humidité spécique. Par exemple le biais peut atteindre 3.4 g/kg pour une sonde agée de 2 ans.

4. Les biais dus à la radiation solaire. Ainsi le chauage par les rayons solaires augmente la température au sein de la sonde elle-même et par conséquent diminue la valeur de l'humidité relative mesurée par le capteur. Ces biais augmentent avec l'altitude (Vömel et al., 2007). Dans les tropiques ces biais peuvent aller jusqu'à 50% à 15 km d'altitude et 9% à la surface.

12 2.1 Les observations in situ et les mesures GPS Les biais secs notés sur les radiosondes particulièrement de AMMA sont princi-palement liés à la contamination du capteur d'humidité et à l'âge de la radiosonde (Nuret et al., 2008; Agusti-Panareda et al., 2009). La plupart des biais cités dans ce paragraphe ont été largement étudiés avec les radiosondes de Vaïsala de types RS80 et RS92. En plus on peut noter que la diérence entre les biais la nuit et le jour sont dus à la présence des radiations solaires le jour (Yoneyama et al., 2008). Les radiosondes de Vaïsala de types RS80 ont été largement utilisés dans

la campagne TOGA-COARE. A la suite, diérents types de biais ont été notés. Miloshevich et al. (2001) identient des biais liés à la dépendance en température des capteurs d'humidité. D'autres types de biais existent aussi avec ces capteurs, les biais liés à la calibration essentiellement pour les tem-pératures négatives, les biais dus à une contamination chimique des capteurs, le chauage par les rayons solaires et l'âge du capteur. Les deux types de capteurs utilisés par Vaïsala sont H-Humicap et A-Humicap. H-Humicap est plus sensible à la mesure de la vapeur d'eau et à la contamination tandis que les types A-Humicap donnent de très large biais à cause de la dépendance en température de l'instrument particulièrement pour les températures néga-tives inférieures à −20◦C. L'ordre de grandeur des biais obtenus avec les radiosondes de types RS80 est de 5% dans la basse atmosphère et peut être supérieur à 20% dans la haute atmosphère (Ciesielski et al., 2003).

Les radiosondes de Vaïsala de type RS92 sont maintenant les plus util-isés. Les stations de radiosondages qui existaient en Afrique de l'Ouest étaient majoritairement composées de radiosondes de types RS80. Lors de la cam-pagne AMMA un bon nombre d'entre elles ont été remplacées par les ra-diosondes de types RS92, jugées de meilleure qualité (Nash et al., 2005) en particulier dans la basse troposphère. Cependant au niveau de la haute tro-posphère les biais secs sont du même ordre de grandeur que dans les radioson-des de types RS80, notamment pour les radiosondages de jours. Tompkins and Di Giuseppe (2007) supposent que ceci peut être dû à une combinaison de facteurs visant à éliminer les biais comme la formation de glace sur les cap-teurs qui peut fausser la mesure de l'humidité par le chauage des capcap-teurs par les rayons solaires, mais aussi la protection des capteurs aux radiations

solaires qui est aussi présente dans les radiosondes de types RS80. Ce sys-tème de chauage des capteurs d'humidité lors des dépôts de glace n'existe pas dans les radiosondes de type RS80.