Radiomètre micro-ondes

MétéoSuisse utilise la radiométrie micro-ondes afin de mesurer des profils verticaux de température et d'humidité dans la troposphère, du sol à une altitude de six kilomètres. Le radiomètre micro-ondes permet également d'établir des profils verticaux d’ozone dans la stratosphère.

Les molécules de l'atmosphère émettent un rayonnement électromagnétique, mesurable dans la gamme des micro-ondes au moyen de radiomètres. Les micro-ondes émises sont mesurées par les intruments au sol. Selon la fréquence du rayonnement électromagnétique, la température, l’humidité et la teneur en ozone peuvent être mesurées en fonction de l’altitude. Les radiomètres mesurent de façon automatique, ce qui permet d'obtenir des données avec une résolution temporelle élevée. Les profils de température et d'humidité sont obtenus toutes les dix minutes et les profils d'ozone toutes les trente minutes.

Mesure de profils de température et d'humidité

Affichage aggrandi: L'instrument repose sur un socle en béton à 1,5 m au-dessus du sol. Son détecteur se trouve au milieu recouvert d'un couvercle Sagex perméable aux micro-ondes. L'aération est installée à droite.
Radiomètre HATPROmesurant des profils de température et d’humidité à Payerne

MétéoSuisse utilise deux types de radiomètres micro-ondes  afin de d’obtenir des profils de température et d'humidité: le radiomètre HATPRO pour les profils d'humidité et de température (HATPRO, Humidity and Temperature Profiler) et le radiomètre TEMPRO pour les profils de température. Ces deux instruments mesurent, toutes les dix minutes, des profils de température ou d'humidité (relative ou absolue) dans la troposphère, de la surface terrestre à 6 km d'altitude. Leur résolution verticale moyenne est de 500 m. Les profils de température et d’humidité sont obtenus à partir de mesures réalisées avec un récepteur à 2 bandes (7 canaux entre 22 et 31 GHz pour la vapeur d'eau et 7 canaux entre 51 et 58 GHz pour la température). On utilise pour cela un algorithme de régression qui repose sur la climatologie des radiosondages de Payerne.

Quels sont les renseignements fournis par les profils de température?

Les profils de température permettent de détecter certains phénomènes atmosphériques comme les inversions de température au niveau de la troposphère. Les radiomètres sont également utilisés dans le système d'analyse et de prévision des champs de vent en cas d’incidents nucléaires (CN-MET).

Mesure des profils d'ozone

Le radiomètre Stratospheric Ozone Monitoring Radiometer (SOMORA) mesure le rapport de mélange volumique de l’ozone dans la stratosphère et dans la mésosphère inférieure avec une résolution verticale de 8 à 15 km et une résolution temporelle de 30 minutes. Développé par l'Institut de physique appliquée de l'Université de Berne, le SOMORA est utilisé sans interruption en Suisse depuis le mois de janvier 2000. MétéoSuisse fournit dls données SOMORA au réseau Network for the Detection of Atmospheric Composition Change (NDACC), un réseau international qui surveille l'état de l'atmosphère et ses changements.

Variation du profil d’ozone au cours de l'année

La répartition verticale de l'ozone dans la stratosphère est déduite de la mesure de la ligne spectrale d'ozone à 142,17 GHz. L'intensité de cette ligne est proportionnelle à la concentration d'ozone, sa largeur est tributaire de la pression atmosphérique, c'est-à-dire de l'altitude. La quantité d'ozone est donnée sous la forme du rapport nombre de molécules d'ozone par nombre total de molécules dans un volume d'air donné. Représentés sous la forme d’une série, les 48 profils d'ozone quotidiens donnent une suite chronologique, où l'on identifie bien la variation annuelle de la teneur en ozone (cycle annuel).

MétéoSuisse fournit des mesures SOMORA mais aussi d'autres mesures de profils d'ozone grâce aux spectromètres Dobson et Brewer.

HATPRO and TEMPRO

  • Löhnert, U. and Maier, O.: Operational profiling of temperature using ground-based microwave radiometry at Payerne: prospects and challenges, Atmos. Meas. Tech., 5, 1121-1134, doi:10.5194/amt-5-1121-2012, 2012.
  • Calpini, B., Ruffieux, D., Bettems, J.-M., Hug, C., Huguenin, P., Isaak, H.-P., Kaufmann, P., Maier, O., and Steiner, P.: Ground-based remote sensing profiling and numerical weather prediction model to manage nuclear power plants meteorological surveillance in Switzerland, Atmos. Meas. Tech. Discuss., 4, 789-813, doi:10.5194/amtd-4-789-2011, 2011.

SOMORA

  • K. Hocke, N. Kämpfer, D. Ruffieux, L. Froidevaux, A. Parrish, I. Boyd, T. von Clarmann, T. Steck, Y. M. Timofeyev, A. V. Polyakov, and E. Kyrölä, Comparison and synergy of stratospheric ozone measurements by satellite limb sounders and the ground-based microwave radiometer SOMORA, Atmos. Chem. Phys., 7, 4117–4131, 2007.
  • Calisesi Yasmine, Monitoring of stratospheric and mesospheric ozone with a ground-based microwave radiometer: data retrieval, analysis, and applications, Ph.D. thesis, Philosophisch- Naturwissenschaftliche Fakultät, Universität Bern, Bern, Switzerland, 2000.

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