Toulouse SpectresSpectres

La Figure 5.3 (haut) présente un spectre typique moyenné sur une journée, mesuré le 12 juillet 2007. Seule la bande passante utilisée pour la restitution est affichée (375 MHz autour du centre de la raie). Le temps d’intégration est de ∼8000 s. La contribution résiduelle estimée Tb,res est indiquée en ligne pointillée. La Figure 5.3 (milieu) montre l’émission de l’atmosphère moyenne dans la direction du zénith T_b,ma^[z] = Tb,corr −Tb,res provenant des spectres mesuré (points) et estimé (traits épais). L’écart-type des résidus (5.3, bas) est de ∼12 mK alors que le bruit instrumental moyen estimé par MOLIERE est de∼13 mK. En terme de bruit sur la mesure (thermique et additionnel), cette inversion peut donc être considérée comme satisfaisante.

Measurement, estimated spectrum and baseline

22.1 22.2 22.3 22.4

Fig. 5.3 – Spectre mesuré par MobRa à Toulouse sur une bande passante de 375 MHz autour du centre de la raie à 22,235 GHz moyenné pendant 24 heures le 12 juillet 2007. Haut : Spectre calibré et corrigé de l’atténuation troposphérique (points), estimé par MOLIERE (ligne épaisse) et estimation de la ligne de base (tirets). Milieu : émission de l’atmosphère moyenne Tb,corr − T_b,res (points) et estimation de MOLIERE (ligne épaisse). Bas: résidus.

Les spectres mesurés et corrigés utilisés pour la restitution des profils verticaux de vapeur d’eau sur la période allant du 12 juillet au 4 août 2007 sont présentés sur les Figures 5.4 et 5.5.

Ces figures montrent aussi les résidus entre le spectre mesuré et le spectre estimé.

La Figure 5.6 montre la moyenne de tous les spectres pour la même période, ainsi que la moyenne des résidus. L’écart-type des résidus pour la période considérée est de l’ordre de 4,5 mK pour un temps total d’intégration de ∼62 h. On notera qu’aucun signal cohérent (de type ligne

5.3. Restitution des profils verticaux 119

Fig. 5.4 – Spectres mesurés à Toulouse entre le 12 et le 26 juillet 2007. Pour chaque date : Spectre corrigé (haut) et différence entre le spectre reproduit par MOLIERE et le spectre mesuré (bas).

120 Restitution et validation des profils verticaux

Fig. 5.5– Spectres mesurés à Toulouse entre le 27 juillet et le 4 août 2007. Pour chaque date : Spectre corrigé (haut) et différence entre le spectre reproduit par MOLIERE et le spectre mesuré (bas).

5.3. Restitution des profils verticaux 121

Fig.5.6– Spectre moyenné à Toulouse pour la période 12 juillet - 4 août 2007 (haut) et moyenne des résidus pour la même période (bas). Le temps total d’intégration est de ∼62 h.

de base sinusoïdal par exemple) n’est présent dans la moyenne des résidus.

Profils verticaux restitués

Un exemple de profil vertical estimé après 5 itérations (Fig. 5.7, gauche) pour la journée du 12 juillet 2007 est restitué sur un domaine optimal d’altitude allant de 30 à 60 km. La matrice des fonctions de balayage associée (Fig. 5.7, milieu), fait état d’une résolution verticale de 13 km à 19 km en fonction de l’altitude. L’erreur provenant de la mesure est de ∼0,8 ppmv (∼15%).

L’erreur totale est de l’ordre de 30 % (∼2 ppmv). Le nombre d’éléments indépendants sur la verticale, calculés par (4.33) est égal à 2,7. Leχ² normalisé indique une bonne restitution lors-qu’il est proche de 1 (voir section 4.2.4 ). Dans notre cas, le χ² normalisé est de 1,23, ce qui signifie que les réglages des paramètres de la restitution (par exemple le bruit additionnel, les matrices de covariance a priori) peuvent encore être améliorés. Les coefficients de corrélation avec les autres paramètres de la restitution (5.7, droite), montrent une corrélation forte (>50 %) entre les paramètres A(offset) et C (coefficient quadratique) de la ligne de base et l’erreur sur la restitution en dessous de 30 km. Un travail supplémentaire doit être réalisé pour améliorer la caractérisation de ces paramètres. Les résultats de l’inversion présentés dans Motte et al. (2008) pour le même jour de données présentent des profils légèrement différents, notamment dans la basse troposphère. Cela est dû à un choix des paramètres d’inversion différent, optimisé pour réduire les oscillations et améliorer la résolution verticale. Néanmoins, il en ressort que quels que soient les paramètres utilisés lors de l’inversion, aucune information n’est actuellement scientifi-quement exploitable en dessous de 25 km d’altitude.

Les Figures 5.8 et 5.9 montrent les profils restitués pour la période allant du 12 juillet au 4 août à Toulouse. Le domaine vertical optimal de restitution s’étend entre 30 et 60 km d’altitude en moyenne. On notera tout de même que certains profils verticaux présentent quelques

oscilla-122 Restitution et validation des profils verticaux

status: converged, iteration: 5

FWD-species: H2O INV-species: H2O

motte 05.02.08 /DATA/H2O-Data/N2/pr10_m.H2Om_2007-07-12.mbw.h2o.5

MOLIERE-5.32 (J. Urban, P. Baron, 20-06-2003) - plotted with PR10-M-1.04 (J.Urban/S.Buehler 1999)

Fig. 5.7 – Résultat de la restitution pour le 12 juillet 2007. Gauche : profil a priori (points) et profil estimé (trait plein). Les barres horizontales représentent l’erreur totale (trait fin) et l’erreur provenant de la mesure (trait épais) dans le domaine vertical optimal de restitution (c’est-à-dire où la réponse de la mesure est supérieure à 0,75). Milieu : Fonctions de balayage, réponse de la mesure (trait épais) et résolution verticale associée à chaque fonction de balayage (km). La ligne verticale en pointillés représente une réponse de la mesure égale à 0,75. Droite : Coefficients de corrélation avec les autres paramètres de la restitution dans l’ordre d’importance.

tions (31 juillet, 3 et 4 août).

La Figure 5.10 synthétise l’évolution des différentes valeurs caractérisant la mesure pour la période du 12 juillet au 4 août 2007 à Toulouse. Pour un temps moyen d’intégration de ∼200 minutes, le bruit résiduel est de l’ordre de 13,5 mK, pour un bruit estimé σy de 12,4 mK. La convergence est atteinte en moyenne en moins de 6 itérations. Le chi-2 moyen vaut 1,32, ce qui montre une légère sous estimation du bruit sur la mesure ou de l’erreur sur le profila priori (cf.

section 4.2.4). Le nombre moyen d’éléments indépendants sur la verticale est de 2,52.

5.3. Restitution des profils verticaux 123

Fig. 5.8 – Profils verticaux restitués pour le site de Toulouse entre le 12 et le 27 juillet 2007 : a priori (pointillés) et MobRa (trait plein)

124 Restitution et validation des profils verticaux

Fig. 5.9 – Comme pour la Fig. 5.8 mais pour la période 28 juillet - 4 août 2007.

5.3. Restitution des profils verticaux 125

Number of iterations mean = 5.33

d) Convergence factor

Normalized Chi 2 mean = 1.32

f) Number of independent elements

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 1 2 3

Fig. 5.10 – Récapitulatif des caractéristiques des mesures à Toulouse entre le 12 juillet et le 4 août 2007. a) Temps d’intégration, b) erreur sur la mesure estimée avant restitution (tirets) et écart-type des résidus (trait plein), c) nombre d’itérations, d) facteur de convergence, e) Chi-2 normalisé et f) nombre d’éléments d’information indépendants sur la verticale.

126 Restitution et validation des profils verticaux

5.3.2 Saint-Denis de la Réunion