4 Etude de la variabilité des aérosols stratosphériques aux latitudes moyennes par le LOAC
4.3 Retraitement des données LOAC – version novembre 2016
Le jeu de données LOAC sous ballons météorologiques présenté précédemment dans cette étude a été retraité au cours du mois de novembre 2016. Ce retraitement tient compte des conclusions obtenues à partir de l’analyse des données et des résultats de l’inter-comparaison avec les données satellites, lidar sol et modèle ; à savoir la présence de sursauts de concentrations qui semblent liés aux rayonnements cosmiques et l’influence non-négligeable de la variation de température sur le contrôle du bruit. Ce retraitement est effectué par Jean-Baptiste Renard par réanalyse manuelle des données brutes d’une part et par introduction de critères automatisés dans le programme de post-traitement d’autre part.
Par rapport à la version précédente, la version des données LOAC de novembre 2016 contient les modifications suivantes :
Figure 4.17 : Profil d’extinction à 1037 nm mesuré par SOPHIE (points noirs) le 20 juin 2008 à 65°S comparé aux simulations de CHEM2D et de WACCM respectivement en courbes pleine et discontinue pour deux compositions de smoke particles différentes représentées par les couleurs bleues
Suppression des données où interviennent des sursauts considérés comme étant produits par l’interaction avec le rayonnement cosmique dont l’influence est inférieure au critère utilisé dans le traitement automatique.
Troncature des dernières minutes de données obtenues lorsqu’un contrôle du bruit intervient trop longtemps après l’éclatement du ballon.
Rejet de données lorsque la variation du bruit est trop importante entre deux contrôles de bruit quelle que soit l’altitude.
Rejet des contrôles de bruit anormaux dus à des perturbations extérieures. Rejet du vol de mai 2013, après la découverte d’un problème instrumental.
Le retraitement de novembre 2016 est un réexamen des données brutes pour les faibles concentrations en stratosphère qui sont plus sensibles aux sursauts de faibles amplitudes et pour de forts gradients du bruit électronique. Les résultats obtenus avec ce retraitement sont donnés selon les mêmes représentations graphiques que précédemment. La période considérée diffère légèrement puisque le vol de mai 2013 est désormais rejeté, nous considérons dans ce nouveau traitement la période de juin 2013 à août 2016. Les figures 4.18, 4.19, 4.20, 4.21 et 4.22 sont respectivement les mises à jour des figures 4.5, 4.6, 4.9, 4.13 et 4.14.
Entre la version précédente datant de juillet 2016 et celle-ci, les tendances moyennes et médianes verticales sur 3 ans sont globalement les mêmes jusqu’à 25 km (Figure 4.18). Les distributions des extinctions par gamme de 3 km demeurent non-gaussiennes (médiane inférieure à la moyenne) ce qui témoigne toujours d’une majorité de valeurs d’extinction de l’ordre de quelques 10-4 km-1 et d’une proportion moins importante d’extinctions de plus grande intensité organisées en fines structures de faibles amplitudes verticales. Au-delà de 25 km, le traitement de novembre 2016 conduit à faire disparaitre le léger renforcement d’extinction précédemment visible entre 28 et 36 km. Dans ce nouveau traitement, la médiane des extinctions est constante avec l’altitude à partir de 28 km, supérieure à la moyenne des extinctions résiduelles établies en laboratoire et inférieure à cette moyenne plus 1 écart type (l’extinction résiduelle et la limite de détection étant respectivement de 4,5.10-5 et 8,1.10-5 km-1). La médiane des extinctions au-dessus de 28 km est réduite d’environ 4.10-5 km-1 passant de 1,2.10-4 à 8.10-5 km-1. Les moyennes en tenant compte ou pas du critère Pinatubo décroissent légèrement à partir de 28 km.
La comparaison temporelle des données LOAC retraitées avec les données satellites, lidar sol et modèle en moyenne sur 3 km d’altitude de 15 à 30 km d’altitude (Figure 4.19) révèle les mêmes tendances qu’avec la version précédente avec une proportion moindre de valeurs d’extinctions importantes. Il demeure toutefois une variabilité des données LOAC importante que nous attribuons en partie à l’aspect local de la mesure. La comparaison de l’allure verticale moyenne sur la période 2013 à 2015 des extinctions LOAC et des données satellites, lidar sol et modèle (Figure 4.20) est quasiment inchangée jusqu’à 25 km. Au-delà, les données LOAC sont en moyenne supérieures aux données de mesure à distance.
La version novembre 2016 des données LOAC présente moins de sursauts et des extinctions moyennes légèrement inférieures à la version précédente. Les extinctions médianes n’évoluent cependant que très peu. Les données de cette version convergent en moyenne stratosphère vers une valeur d’extinction de l’ordre de 10-4 km-1 constante avec l’altitude. En l’état actuel de nos connaissances sur le fonctionnement du LOAC utilisé sous ballon météorologique et en conditions de fond stratosphérique, il est difficile d’affirmer sans réserve que l’instrument converge vers l’extinction résiduelle. Cependant, l’existence de cette extinction résiduelle permettrait d’expliquer en partie la tendance moyenne des extinctions LOAC supérieure aux extinctions satellites, lidar sol et modèle à partir de 28 km d’altitude et constante avec l’altitude. A cet effet s’ajouterait la contribution de perturbations demeurant à ces altitudes mais non diagnostiquées dans notre retraitement.
En conclusion, la comparaison des extinctions moyennes LOAC sur 3 km en tenant compte du critère Pinatubo avant le retraitement et après (Figure 4.23) montre que ce retraitement introduit un décalage vers des extinctions plus faible d’environ 3 à 4.10-5 km-1. Ce décalage permet de faire converger les données LOAC sur les données satellites, lidar sol et modèle en basse stratosphère mais ne corrige pas les conclusions sur la convergence des données vers une valeur d’extinction résiduelle à partir de 27 km.
Figure 4.18 : Profils verticaux des 9 vols LOAC moyens par minute exprimés en concentration cumulée – données issues du retraitement de novembre 2016. La courbe discontinue orange est représentative de la moyenne de concentration cumulée résiduelle sur 1 minute établie en laboratoire. La zone grise représente la variation à 1 σ de la concentration résiduelle. La limite de
la zone grise vers 0,8 cm-3 représente la limite de détection en concentration cumulée sur 1 minute. Chaque numéro est relatif à un vol dans la période juin 2013 à août 2016
Figure 4.19 : Profils verticaux des 95 vols LOAC moyens par minute exprimés en extinctions calculées à 532 nm pour des particules sphériques d’indice de réfraction représentatif de gouttelettes d’acide sulfurique – données issues du retraitement
Figure 4.20 : Profils verticaux moyen et médian pour les 95 vols LOAC exprimés en extinction moyen sur 3 km. Le critère Pinatubo est représenté en vert pointillé. Les courbes bleues représentent les moyennes de distributions des extinctions moyennes par 3 km (trait plein sans tenir compte du critère Pinatubo, trait pointillé en excluant les valeurs supérieures aux extinctions du Pinatubo). La courbe violette est la médiane des distributions par 3 km. La courbe discontinue rouge indique
la moyenne sur 10 minutes des extinctions résiduelles. Les courbes jaunes représentent la dispersion 1 σ de la moyenne des extinctions résiduelles sur 10 minutes. Les profils gris sont les profils LOAC en extinction 1 minute. Le nombre de vols pris
en compte pour produire les moyennes 3 km est représenté par la courbe noire à droite Données LOAC version novembre 2016
Figure 4.21 : Evolution temporelle des extinctions moyennes par bande de 3 kilomètres pour les données OMPS, WACCM, OSIRIS, LOAC, lidar OHP et lidar CALIOP. Les
courbes discontinues rouge et verte représentent respectivement la moyenne des extinctions résiduelles 10 minutes et le critère Pinatubo. La zone grise représente la
moyenne des extinctions sur 10 minutes résiduelle ± 1 σ Données LOAC version novembre 2016
Figure 4.22 : A gauche : allures verticales moyennes par bande de 3 kilomètres des extinctions au-dessus de la France pour la période 2013-2015 des 6 valeurs indépendantes. Profil moyen pour tous les vols LOAC (trait plein noir), moyenne en tenant
compte du critère Pinatubo (Crit P) (courbe discontinue noire) et médiane (courbe discontinue grise). A droite : allures moyennes par kilomètre des 6 jeux de données représentés individuellement afin de rendre compte de la dispersion des données et la moyenne de l’extinction par bande de 3 kilomètres est reportée sur chaque figure par une ligne noire. Pour
LOAC la courbe verte continue et discontinue représentent respectivement la moyenne et la médiane 3 km Données LOAC version novembre 2016
Figure 4.23 : Profils verticaux des extinctions moyennes sur 3 km des données LOAC en tant compte du critère Pinatubo avant le retraitement de novembre 2016 (courbe pleine noire) et après le retraitement de novembre 2016 (courbe discontinue noire) comparés aux autres données WACCM, OMPS, OSIRIS, CALIOP et OHP. Les barres d’incertitudes sur les données LOAC