Dissertationen zum Thema „Observations ballons“

Ce travail de thèse porte sur les ondes de gravité se propageant dans la basse stratosphère polaire. L’étude utilise les observations enregistrées par des ballons pressurisés de longue durée lors de la campagne Vorcore entre septembre 2005 et janvier 2006. La méthodologie développée s’appuie sur les différentes relations théoriques qui lient les perturbations de pression, de température et de vitesses enregistrées. Elle permet de déduire la direction horizontale de propagation, la vitesse de phase intrinsèque et le flux vertical de quantité de mouvement horizontal transporté par les ondes de gravité. La méthodologie a été testée et validée sur des simulations comportant une ou plusieurs ondes de gravité. En appliquant cette approche aux données Vorcore, les distributions géographiques et temporelles de ces flux ont été étudiées et les sources potentielles des ondes de gravité ont été examinées de même que leur intermittence. Nous avons montré que les montagnes sont des sources d'ondes de gravité prépondérantes, mais nous avons également mis en évidence l'importance des sources non-orographiques au-dessus des océans. Les échelles spatio-temporelles des ondes de gravité sont faibles, c’est pourquoi elles sont paramétrées dans les modèles de circulation générale. Nous avons comparé les flux observés lors de la campagne Vorcore aux flux produits par deux paramétrisations d’ondes de gravité : la première représente les sources d’ondes orographiques (Lott and Miller,1997) et la seconde décrit les sources d’ondes non-orographiques (Hines, 1997). Dans un deuxième temps, les observations de la campagne Vorcore ont été comparées aux analyses ECMWF et aux réanalyses NCEP/NCAR pour en estimer la fiabilité. Les biais et les écarts types obtenus suggèrent une prise en compte insuffisante des ondes de gravité dans les modèles et une mauvaise représentation du vortex polaire dans les réanalyses NCEP/NCAR.

Cette thèse s'intéresse à l'observation des ondes de gravité dans la tropopause tropicale (TTL pour tropical tropopause layer) par ballons pressurisés, et à leur impact sur les cirrus. Dans un premier temps, l'activité des ondes de gravité est quantifiée grâce aux observations in-situ des ballons pressurisés des deux premières campagnes de Stratéole-2. Le lien entre la convection profonde tropicale et l'activité des ondes est démontré à l'échelle synoptique par la diminution de l'amplitude des ondes avec la distance aux cellules convectives. La variabilité géographique de l'activité des ondes de gravité, de leur intermittence, ainsi que leur variabilité inter-annuelle sont également évaluées. Dans un second temps, l'impact des ondes de gravité sur les cirrus est étudié grâce à la combinaison des mesures lagrangiennes des fluctuations de températures avec un modèle de microphysique prenant en compte la nucléation homogène, la croissance et la sédimentation des cristaux de glace, ainsi qu'une représentation très simplifiée du cisaillement de vent. L'impact des ondes sur la population de glace et les conséquences sur l'évolution des cirrus ainsi que sur leur capacité à assécher les masses d'air lors de l'ascension dans la TTL est quantifié. Les résultats sont comparés avec les observations de la campagne ATTREX dans la TTL au-dessus de l'océan Pacifique, et démontrent l'importance de la représentation réaliste des ondes dans les simulations de microphysique. Enfin, une étude de sensibilité à l'amplitude des ondes de gravité est discutée pour la structure des cirrus et la population de cristaux
This thesis focuses on the observation of gravity waves at the tropical tropopause layer (TTL) by superpressure balloons, and their impact on cirrus clouds. First, the gravity wave activity is quantified thanks to in-situ observations of superpressure balloons from the first two Stratéole-2 campaigns. The link between tropical deep convection and wave activity is demonstrated at a synoptic scale by the decrease of wave amplitude with distance to convective cell. The geographical variability of gravity wave activity, its intermittency, as well as its interannual variability are also studied. In a second step, the impact of gravity waves on cirrus clouds is studied thanks to the combination of Lagrangian measurements of temperature fluctuations with a microphysics model representing the homogeneous nucleation, growth and sedimentation of ice crystals, as well as a very simplified representation of the wind shear. The impact of the waves on ice crystals population and the consequences on the evolution of cirrus clouds and their capacity to dehydrate the air masses during the ascent in the TTL is quantified. The results are compared with observations from the ATTREX campaign in the TTL over the Pacific Ocean, and demonstrate the importance of realistic representation of waves in microphysics simulations. Finally, a sensitivity study to the amplitude of gravity waves is discussed for the cirrus structure and ice crystal population

Suivre et comprendre l'évolution des deux principaux gaz à effet de serre anthropogéniques (CO2 et CH4) sont des enjeux majeurs pour les sciences du climat. L'augmentation du nombre et de la diversité des observations (en surface, mesures aéroportées, satellitaires) ainsi que l'amélioration des modèles de chimie-transports atmosphériques ont contribué à développer notre compréhension des cycles biogéochimiques associés à ces gaz. Néanmoins, les observations précises le long de la verticale sont encore très limitées. Elles deviennent pourtant indispensables, d'une part, pour approfondir nos connaissances dans le transport de CO2et CH4, d'autre part, pour évaluer les colonnes totales ou partielles mesurées par satellites. Dans cette thèse, nous présentons un instrument innovant appelé "AirCore" permettant d'échantillonner l'air en continu le long d'une colonne atmosphérique lors d'une descente depuis haute altitude. Différents AirCores donnant accès à différentes résolutions verticales ont été développés au LMD et déployés avec succès lors des campagnes ballons Strato-Sciences 2014, 2015 et 2016 du CNES. Les profils verticaux de AirCores ont permis de valider les estimations de colonnes partielles de CH4 réalisées avec l'instrument IASI/Metop. Des comparaisons ont été menées avec des profils troposphériques obtenus lors de campagnes aéroportées (HIPPO), ou avec des profils issus de modèles de transports (LMDz, TM5) ou de prévisions (CAMS). Les résultats ont démontré l'importance d'une bonne caractérisation de la stratosphère pour les activités de calibration/validation des mesures satellites et, plus généralement, l'étude des gaz à effet de serre
Monitoring and understanding the evolution of the two most important anthropogenic greenhouse gases(carbon dioxide (CO2) and methane (CH4)) are some of the major challenges in climate science. Over the past decades,the increased availability and diversity of observations (surface networks, aircraft campaigns, satellite observations)and the improvement of atmospheric transport models has allowed to increase our understanding of biogeochemicalcycles of CO2 and CH4. Nevertheless, precise vertical observations are still very rare. However, these become crucialto both properly characterize the vertical transport of the gases, as well as to fully evaluate total or partial columnsof gases retrieved from space observations.In this thesis, we present an innovative instrument called “AirCore” allowing to collect a continuous air samplealong an atmospheric column while descending from high altitude. The analysis of CO2 and CH4 mole fractions inthe collected sample combined with the measurements of an ambient parameters (Pressure, temperature...) allows toretrieve vertical profiles from the surface up to 30 km. Initially invented at NOAA, several new AirCores giving accessto various vertical resolutions have been developed at LMD and flown with success during the CNES Strato-Sciences2014, 2015, and 2016 balloon campaigns. Excellent agreement was found between profiles acquired with differentAirCores during the same flights demonstrating the repeatability of the measurements and allowing to validate thecalculation of the vertical resolution. Comparisons with measurements from independent laser diode spectrometersflown on the same gondola have confirmed that AirCore profiles capture the vertical variability of CO2 and CH4.The vertical profiles retrieved from AirCores have been allowed to validate the CH4 partial columns retrieved fromIASI/Metop at LMD and revealed that the information on the full atmospheric column is required. Comparisons havebeen performed with tropospheric profiles obtained during aircraft campaigns (HIPPO) as well as vertical profilesextracted from atmospheric transport models (LMDz,TM5) and forecast systems (CAMS). Results demonstrated theimportance of a good characterization of the stratosphere for satellite

Suivre et comprendre l'évolution des deux principaux gaz à effet de serre anthropogéniques (CO2 et CH4) sont des enjeux majeurs pour les sciences du climat. L'augmentation du nombre et de la diversité des observations (en surface, mesures aéroportées, satellitaires) ainsi que l'amélioration des modèles de chimie-transports atmosphériques ont contribué à développer notre compréhension des cycles biogéochimiques associés à ces gaz. Néanmoins, les observations précises le long de la verticale sont encore très limitées. Elles deviennent pourtant indispensables, d'une part, pour approfondir nos connaissances dans le transport de CO2et CH4, d'autre part, pour évaluer les colonnes totales ou partielles mesurées par satellites. Dans cette thèse, nous présentons un instrument innovant appelé "AirCore" permettant d'échantillonner l'air en continu le long d'une colonne atmosphérique lors d'une descente depuis haute altitude. Différents AirCores donnant accès à différentes résolutions verticales ont été développés au LMD et déployés avec succès lors des campagnes ballons Strato-Sciences 2014, 2015 et 2016 du CNES. Les profils verticaux de AirCores ont permis de valider les estimations de colonnes partielles de CH4 réalisées avec l'instrument IASI/Metop. Des comparaisons ont été menées avec des profils troposphériques obtenus lors de campagnes aéroportées (HIPPO), ou avec des profils issus de modèles de transports (LMDz, TM5) ou de prévisions (CAMS). Les résultats ont démontré l'importance d'une bonne caractérisation de la stratosphère pour les activités de calibration/validation des mesures satellites et, plus généralement, l'étude des gaz à effet de serre
Monitoring and understanding the evolution of the two most important anthropogenic greenhouse gases(carbon dioxide (CO2) and methane (CH4)) are some of the major challenges in climate science. Over the past decades,the increased availability and diversity of observations (surface networks, aircraft campaigns, satellite observations)and the improvement of atmospheric transport models has allowed to increase our understanding of biogeochemicalcycles of CO2 and CH4. Nevertheless, precise vertical observations are still very rare. However, these become crucialto both properly characterize the vertical transport of the gases, as well as to fully evaluate total or partial columnsof gases retrieved from space observations.In this thesis, we present an innovative instrument called “AirCore” allowing to collect a continuous air samplealong an atmospheric column while descending from high altitude. The analysis of CO2 and CH4 mole fractions inthe collected sample combined with the measurements of an ambient parameters (Pressure, temperature...) allows toretrieve vertical profiles from the surface up to 30 km. Initially invented at NOAA, several new AirCores giving accessto various vertical resolutions have been developed at LMD and flown with success during the CNES Strato-Sciences2014, 2015, and 2016 balloon campaigns. Excellent agreement was found between profiles acquired with differentAirCores during the same flights demonstrating the repeatability of the measurements and allowing to validate thecalculation of the vertical resolution. Comparisons with measurements from independent laser diode spectrometersflown on the same gondola have confirmed that AirCore profiles capture the vertical variability of CO2 and CH4.The vertical profiles retrieved from AirCores have been allowed to validate the CH4 partial columns retrieved fromIASI/Metop at LMD and revealed that the information on the full atmospheric column is required. Comparisons havebeen performed with tropospheric profiles obtained during aircraft campaigns (HIPPO) as well as vertical profilesextracted from atmospheric transport models (LMDz,TM5) and forecast systems (CAMS). Results demonstrated theimportance of a good characterization of the stratosphere for satellite

Un telescope a temps de vol a ete realise en vue de permettre la detection du rayonnement gamma de moyenne energie (4 mev a 50 mev). On presente les principes de fonctionnement et d'etalonnage ainsi que les caracteristiques determinees par des mesures en laboratoire et des simulations par ordinateur. Les intensites du rayonnement gamma atmospherique en fonction de la pression, les courbes spectrales en energie ainsi que l'inclinaison angulaire sont calculees et comparees aux resultats publies par d'autres observateurs. Le flux de radiations gamma d'origine diffuse cosmique est deduit a partir des courbes de montee des rayonnements atmospheriques

Le dernier rapport du GIEC souligne que le rôle de la stratosphère dans le changement climatique est mal connu et invite à poursuivre son étude. Les mesures d'occultation solaire et in situ sont appropriées à cette étude mais il est nécessaire de les valider. Nous avons tout d'abord développé notre propre algorithme d'inversion des transmissions de SAGE III et avons comparé nos produits (profils verticaux des concentrations en O3 et en NO2 et coefficients d'extinction des aérosols (CEA)) à ceux issus de l'algorithme officiel et d'un troisième algorithme. De bons accords ont été obtenus entre ces inversions pour toutes les espèces. Nous avons poursuivi avec des comparaisons à des mesures corrélatives obtenues à l'aide d'instruments spatiaux et d'un instrument sous ballon (SPIRALE) déjà validés. Si on exclut les CEA, les résultats sont satisfaisants. Toutefois, la comparaison aux mesures in situ de SPIRALE obtenues aux abords du vortex polaire donne un désaccord pour NO2 démontrant ainsi les limites de l'occultation solaire dans la mesure d'espèces réactives dans des conditions dynamiques complexes. Une fois ces validations réalisées, nous nous sommes intéressés aux intrusions dans la stratosphère d'aérosols issus de feux de forêt et nous avons montré qu'elles conduisent à une forte augmentation du nombre de particules. Enfin, dans un cadre international, nous avons participé à la validation des instruments de la mission ACE (FTS, MAESTRO, Imager) à l'aide de SAGE III et de SPIRALE. Cela nous a permis de valider certains produits (O3 et NO2 de FTS et MAESTRO), d'en invalider d'autres (CEA d'Imager) et de confirmer le désaccord pour NO2 entre mesures in situ et à distance
One of the conclusions of the last IPCC reports is that the role of the stratosphere in the current climate change is not weil known. Consequently, stratospheric studies must continue. Solar occultation and in situ measurements are weil suited to these studies but it is necessary to validate them. First, we have developed our inversion algorithm of the SAGE III transmissions and we have compared our products (vertical profiles of O3 and N02 concentrations and of aerosol extinction coefficients (AEC)) to those from the officiaI algorithm and from a third algorithm. Good agreements are obtained between these inversions for ail species. Then, we have compared our products to those from correlative validated measurements obtained by satellite and balloon borne instrument (SPIRALE). Except CEA, results are satisfying. However, the comparison with in situ measurements from SPIRALE obtained on the edge of the polar vortex exhibits a disagreement for NO2 proving that the solar occultation method are not weil suited for reactive species in complex dynamical situation. Once these validations carried out, we have studied the stratospheric intrusions of aerosols resulting from forest fires and we have shown that they lead to a strong increase in the number of particles. Finally, in an international framework, we have taken part in the validation of the instruments of the ACE mission (FTS, MAESTRO and Imager) with SAGE III and SPIRALE data. That enabled us to validate sorne products (O3 and NO2 from FTS and MAESTRO), to invalidate others (CEA from Imager) and to confirm the discrepancy for NO2 between in situ and remote measurements

Presentation de l'experience arome, embarquee en ballon stratospherique et dont l'objectif est la detection dans le flux diffus de la galaxie des raies d'emission a 3. 3, 6. 2, 7. 7 et 11. 3 mu m. Cette famille de raies caracterise la presence de composes aromatiques polycycliques (pah). L'objet du premier vol a ete constitue par l'observation a 3. 3 mu m et des cartes couvrant les coordonnees galactiques 6**(o)