Responsables du projet
Olivier BOCK
Laboratoire d'OptoElectronique et MicroInformatique (LOEMI)
IGN - 2, av. Pasteur - 94165 SAINT-MANDE Cedex
Directeur du Laboratoire : Christian THOM
tel: 01 43 98 82 40 - fax: 01 43 98 85 81 - email: Christian.Thom@ign.fr
Erik DOERFLINGER
Laboratoire de Géophysique, Tectonique et Sédimentologie - UMR CNRS/UMII 5573
Université Montpellier 2, cc 060, 34095 Montpellier cedex 05, France
Directeur du Laboratoire : Jacques MALAVIEILLE
tel : 04 67 14 36 58 - fax 04 67 52 39 08 - email : malavie@dstu.univ-montp2.fr
Collaborations
(Laboratoire et chercheurs impliqués)
- Laboratoire d'OptoElectronique et MicroInformatique de l'IGN, Saint-Mandé
BOCK Olivier, TARNIEWICZ Jérôme, duquesnoY Thierry, THOM Christian - ACRI-ST, Sophia Antipolis
HAASE Jennifer - Laboratoire de Géophysique Interne et de Tectonophysique
WALPERSDORF Andréa - Météo-France
VAN BAELEN Joël, DURAND Pierre - Service d'Aéronomie du CNRS, Université Paris VI
FLAMANT Cyrille, PELON Jacques - Laboratoire de Géodésie et de Géodynamique, Ecole Polytechnique, Zurich
Buerki Beat, GEIGER Alain, SOMieski Alexander, TROLLER Marc
Résumé du projet
Ce projet est une collaboration entre les communautés françaises de géodésie et de météorologie et une équipe de géodésie suisse (GGL/ETHZ). Le point commun est le GPS, outil d'étude géophysique et sujet d'étude méthodologique de par les perturbations atmosphériques qu'il subit, pour les uns, et technique potentiellement capable de densifier spatialement et surtout temporellement le réseau météorologique opérationnel et de fournir des données de vapeur d'eau à petite échelle exploitables pour la recherche, pour les autres.
Le projet consiste d'abord en une participation, sur le terrain, à la campagne de mesures qui sera menée sur la région de Marseille et Fos-Berre en juin-juillet 2001 dans le cadre du programme Escompte. Cette participation consistera au déploiement d'un réseau tomographique de 16 à 20 récepteurs GPS, avec une petite maille (3-5 km), et de différents instruments de sondage de la vapeur d'eau : lidar Raman (IGN/SA), radiomètres micro-ondes et spectromètre solaire (ETHZ), photomètre solaire (SA/CIMEL) et radars (Météo-France).
Les aspects étudiés par nos équipes seront à caractère fortement méthodologique et relèvent donc en priorité du PNTS. Toutefois, dans le cadre de la collaboration avec les équipes du coeur du programme Escompte et du projet associé d'étude de la couche limite urbaine, des aspects thématiques sont reliés à notre projet. Ces derniers relèvent plus du PATOM, c'est pourquoi ce projet est soumis aux deux programmes.
Résultats attendus
Tomographie de la vapeur d'eau atmosphérique par GPS dans un réseau dense
Une expérience de tomographie GPS sera conduite avec un réseau dense (maille de 3-5 km). Les données GPS seront inversées au moyen d'un algorithme développé en collaboration entre le LGTS et Géosciences Azur, avec le soutien scientifique d'Acri et de l'ETHZ.
Les résultats obtenus par tomographie sont des champs de vapeur d'eau avec une résolution temporelle d'environ 30'. Ils seront analysés et comparés aux données fournies par les autres instruments déployés simultanément ainsi qu'aux sorties de modèles numériques Aladin et Méso-NH, avec une résolution spatiale de l'ordre de 1 km pour ce dernier dans le cadre de l'étude de la couche limite urbaine.
Correction externe de l'allongement troposphérique GPS pour le positionnement
La correction externe consiste à utiliser des données météorologiques pour corriger l'allongement troposphérique (AT) des signaux GPS. La vapeur d'eau est responsable d'une incertitude sur cet allongement réduisant la précision du positionnement d'une station GPS de plusieurs centimètres sur sa composante verticale.
Différentes méthodes de correction de l'AT pourront être étudiées grâce aux données acquises lors de la campagne : d'une part on pourra utiliser des mesures directes de vapeur d'eau (lidar Raman, radiomètres, spectromètre) et, d'autre part, on pourra utiliser les données du réseau tomographique et / ou des modèles Aladin et Méso-NH. Dans le premier cas, une précision de l'ordre du millimètre est attendue. Celle-ci est utile pour l'étude de phénomènes géophysiques de faible amplitude (sismo-tectonique). Notons que la comparaison lidar Raman / radiomètre est, à notre connaissance, la première expérience de ce type appliquée au GPS. Dans le second cas, une précision inférieure au centimètre est attendue. Celle-ci est suffisante pour la plupart des applications courantes du GPS (topographie, navigation...).
Pour cette étude, deux stations GPS seront co-localisées avec la plupart des instruments de sondage de la vapeur d'eau : l'une au milieu du réseau tomographique, la seconde (avec le second radiomètre) soit sur un site équipé d'autres instruments (radiosonde, radar...), soit près d'une station GPS permanente du réseau français.
Estimation des paramètres troposphériques par GPS pour le positionnement et la météorologie
L'estimation des paramètres troposphériques est une alternative à la correction externe, atteignant souvent les mêmes précisions de positionnement, mais sur des sessions d'observations plus longues (jours). Deux procédures implémentées dans les logiciels standards seront comparées : estimation de paramètres zénithaux et / ou de gradients horizontaux. Il sera particulièrement intéressant de comparer ces résultats de positionnement avec ceux obtenus par correction externe.
Ces données pourront également être analysées pour leur intérêt en météorologie, en particulier pour la prévision numérique du temps (cf. projets Wavefront et Magic et action Cost 716) et comparées aux sorties des modèles Aladin et Méso-NH.
Intercomparaison et validation de techniques de sondage de la vapeur d'eau
D'un point de vue méthodologique, le projet permettra d'expérimenter cinq techniques différentes de sondage de la vapeur d'eau : lidar Raman, radiométrie micro-ondes, spectrométrie solaire, photométrie solaire et radar.
L'expérience acquise et les algorithmes développés pour le traitement et l'analyse de ces données pourront servir pour de futures campagnes de validation, par exemple AIRS sur la plate-forme EOS Acqua.
Intérêt pour la thématique du programme Escompte
L'intérêt des mesures de vapeur d'eau effectuées par nos équipes pour le coeur du programme Escompte sera de disposer d'une part de l'estimation continue (période < 15') de la vapeur d'eau intégrée par GPS et d'une distribution 3D de celle-ci par tomographie GPS (période < 30').
Ces données seront également utiles pour le projet couche limite urbaine / PATOM avec, en plus, une indication sur la pénétration de la brise de mer. Les mesures par lidar Raman de jour (aérosols uniquement), couplées avec le photomètre solaire, les autres instruments de sondage de la vapeur d'eau et le lidar LVT, permettront également d'estimer des paramètres de flux au sol et d'évaporation dans la couche limite et les phénomènes de circulation.
Mots clés :
GPS, géodésie, altimétrie, vapeur d'eau, tomographie par GPS, allongement troposph& eacute;rique, lidar Raman, radiomètre micro-ondes, spectromètre solaire.