amma plan d’implémentation en franceamma : plan d’implémentation en france version du 25/02/04...

Version du 25/02/04

AMMA

Plan d’Implémentation en France

(Version 4.1 du 24-02-04 sans partie financière)

Document de travail produit par le

Comité de Coordination Mousson Africaine (CCMA)*

AMMA : Plan d’Implémentation en France Version du 25/02/04

Ce document décrit en détail la stratégie d’observation et de mise en œuvre

d’outils associés (modélisation, base de données, formation) qui doivent permettre d’atteindre les objectifs scientifiques fixés dans le Plan Scientifique International (ISP) d’AMMA. Les motivations scientifiques du programme, ses objectifs, les avancées qu’on en attend, que ce soit dans le domaine de notre compréhension des systèmes climatiques régionaux ou dans celui de la modélisation ne sont donc pas traités ici. On se reportera pour cela au document « Projet AMMA » qui est basé sur l’ISP et la réponse à l’appel à propositions HOTS SPOTS in the Earth Climat System du 6ième programme cadre de l’Union Européenne.

L’agencement du document résulte de son objectif. Les six premières sections correspondent chacun à un des six ensembles de moyens instrumentaux, ou d’outils, identifiés pour la mise en œuvre de AMMA : Période d’observation à Long terme (LOP), Période d’Observation Renforcée (EOP), Période d’Observation Intensive (SOP), Satellites, Modèles et Base de données. Les modèles sont traités ici comme des outils d’intégration des données et des moyens d’investigation et non pas sous l’angle de la stratégie utilisée pour répondre à une question scientifique donnée (on se reportera pour cela au document « projet AMMA »).

Il existe une cohérence naturelle des moyens décrits dans chaque section ; mais il existe aussi une articulation entre ces différents groupes de moyens, qui est traitée à la fin de chacune des sections – articulation entre mesures LOP et EOP, entre mesures EOP et SOP, entre mesures sol et mesures satellites, entre mesures et modélisation.

Dans sa version présente, ce plan d’implémentation vise avant tout à donner une vision précise mais non chiffrée de toutes les actions envisagées. Un premier chiffrage a été opéré et présenté aux tutelles dans le cadre des réunion du Comité Inter-Organismes AMMA (CIOMA). Ce chiffrage a besoin d’être affiné et phasé dans le temps, en fonction notamment des priorités et du budget disponible. Il n’est donc pas fourni avec ce document.

Plus de vingt laboratoires français sont impliqués dans la construction du projet AMMA. On peut estimer à près de deux cents le nombre de scientifiques qui y participent à des degrés divers : campagnes de terrain en cours, réunions de programmation, travaux préliminaires de modélisation ou de construction de bases de données. La prochaine étape dans l’implémentation d’AMMA sera de déterminer avec précision le degré d’implication de chacun dans les différentes actions qui sont identifiées dans ce document (actuellement ceci n’est vraiment possible que pour les scientifiques impliqués dans la LOP, dont le nombre est d’une vingtaine de personnes à plein temps).


1 Introduction 1 2 Composante LOP (Long Observing Period) 7

2.1 Objectifs ..................................................................................................................................... 7 2.1.1 Documentation de la variabilité pluri-annuelle ............................................................................... 7 2.1.2 Etudes de processus ........................................................................................................................ 8 2.1.3 Apports pour la modélisation .......................................................................................................... 8

2.2 Stratégie d’ensemble. ............................................................................................................... 11 2.3 Dispositif actuel........................................................................................................................ 11

2.3.1 Accès aux données des réseaux opérationnels .............................................................................. 12 2.3.2 Observations spécifiques existantes – Les ORE ........................................................................... 12 2.3.3 Contributions d’autres pays........................................................................................................... 15 2.3.4 Pôle de compétence....................................................................................................................... 17

2.4 Dispositif LOP visé pour le démarrage de l’EOP et actions à mener....................................... 18 2.4.1 Accès aux données des réseaux opérationnels .............................................................................. 18 2.4.2 Observations AMMA sur les Surfaces Continentales................................................................... 18 2.4.3 Observations atmosphériques et océaniques de long terme liées à AMMA ................................. 24

2.5 Liens avec les autres composantes AMMA ............................................................................. 25 2.5.1 EOP ............................................................................................................................................... 25 2.5.2 Satellites ........................................................................................................................................ 25 2.5.3 Modélisation.................................................................................................................................. 25 2.5.4 Données historiques ...................................................................................................................... 26

2.6 Moyens à mobiliser. ................................................................................................................. 26 2.6.1 Campagnes de documentation préliminaire des sites de méso-échelle ......................................... 26 2.6.2 Equipements surfaces continentales.............................................................................................. 26 2.6.3 Fonctionnement récurrent et jouvence d’équipements (surfaces continentales) ........................... 27 2.6.4 Liens avec les réseaux synoptiques (jouvence, formation des personnels)................................... 27

3 Composante EOP (Enhanced Observing Period) 29 3.1 Objectifs ................................................................................................................................... 29 3.2 Stratégie d’ensemble ................................................................................................................ 32 3.3 Dispositif expérimental ............................................................................................................ 33

3.3.1 La composante atmosphérique ...................................................................................................... 33 3.3.2 La composante systèmes précipitants............................................................................................ 38 3.3.3 La composante surface continentale et interactions avec l’atmosphère ........................................ 40 3.3.4 La composante océanique ............................................................................................................. 43 3.3.5 La composante chimie atmosphérique et aérosols ........................................................................ 45

3.4 Liens avec les autres composantes ........................................................................................... 48 3.4.1 LOP.............................................................................................................................................. 48 3.4.2 SOP .............................................................................................................................................. 49 3.4.3 Satellites...................................................................................................................................... 49 3.4.4 Modélisation/Assimilation...................................................................................................... 49

4 Composante SOP (Special Observing Periods) 55 4.1 Objectifs ................................................................................................................................... 55 4.2 Stratégie d’ensemble ................................................................................................................ 56 4.3 Liens avec les autres composantes d’AMMA.......................................................................... 58 4.4 Déploiements instrumentaux.................................................................................................... 60

4.4.1 SOP_0 « Saison sèche »................................................................................................................ 62 4.4.2 SOP_1 « Etablissement de la mousson » ...................................................................................... 62 4.4.3 SOP_2 « Maximum de la mousson » ............................................................................................ 64 4.4.4 SOP_3 « Fin de la mousson et export vers l’Atlantique tropical » ............................................... 66


5 Composante Satellite 69 5.1 Objectifs ................................................................................................................................... 69 5.2 Stratégie.................................................................................................................................... 70 5.3 Liens avec les autres composantes ........................................................................................... 72 5.4 Moyens..................................................................................................................................... 72

6 Composante Modéle 73 6.1 Etat des lieux et mobilisation de la communauté ..................................................................... 73 6.2 Objectifs ................................................................................................................................... 74 6.3 Travaux .................................................................................................................................... 74

6.3.1 Travaux généraux.......................................................................................................................... 74 6.3.2 Travaux engagés de manière prioritaire ........................................................................................ 75

7 Composante Base de données 79 7.1 AMMA-Meta (Méta Données) (Responsabilité de Médias-France) ........................................ 81 7.2 AMMA-DH (Données historiques) (Responsabilité de MEDIAS-France).............................. 81 7.3 AMMA-SAT (Responsabilité IPSL)....................................................................................... 82

7.3.1 Fonctionnalités de la base de données, organisation du travail..................................................... 82 7.3.2 Les échelles spatiales et temporelles ............................................................................................. 83 7.3.3 Calendrier...................................................................................................................................... 84

7.4 AMMA-LOP (Responsabilité Medias-France) ........................................................................ 85 7.5 AMMA-EOP (Responsabilité Médias-France) ....................................................................... 85 7.6 AMMA-SOP (Responsabilité Médias-France) ....................................................................... 87 7.7 AMMA-MOD (Responsabilité IPSL) ...................................................................................... 88

7.7.1 Modèles concernés ........................................................................................................................ 88 7.7.2 Fonctionnalités .............................................................................................................................. 89 7.7.3 Calendrier...................................................................................................................................... 89

7.8 Conclusion et estimation du personnel nécessaire ................................................................... 89 8 Composante Applications 91

8.1 Contexte ................................................................................................................................... 91 8.2 Objectifs ................................................................................................................................... 92 8.3 Actions à mettre en œuvre........................................................................................................ 93 8.4 Moyens et Budget..................................................................................................................... 94 8.5 Institutions impliquées ............................................................................................................. 95

9 Composante Formation et Education 96 9.1 Objectifs ................................................................................................................................... 96 9.2 Participants ............................................................................................................................... 97 9.3 Mise en oeuvre ......................................................................................................................... 97 9.4 Plan de travail........................................................................................................................... 98

9.4.1 Ecoles d’été, séminaires et réunions scientifiques ........................................................................ 98 9.4.2 Appui aux formations doctorales et aux laboratoires.................................................................... 98

10 Synthèse des demandes aux programmes français 99 Appendice A: Etat des lieux du réseau de radiosondages 102 Appendice B: Premier Inventaire des outils de modélisation 107 Appendice C: Tutelles et laboratoires français participant à AMMA 117 Appendice D: Le CCMA 119 Appendice E: Acronymes 120


1

A la suite de différentes prospectives et actions de recherche, le thème de la mousson africaine est apparu comme recouvrant un ensemble de problématiques dans différents domaines sur lesquels des équipes françaises travaillaient mais le plus souvent de manière séparée. Le CNES, l’IFREMER, l’INSU, l’IRD, Météo-France et le MAE ont déclaré leur intérêt pour le soutien d’un projet fédérateur. Si la mousson africaine est à proprement parler un système atmosphérique, ce sont ses effets, autant que ses causes et son fonctionnement, qui intéressent une communauté diversifiée de scientifiques travaillant sur la physique et la chimie de l’atmosphère, l’océan, la biosphère et l’hydrosphère. Les interactions entre ces milieux présentent des aspects multi-échelles et multi-processus très marqués et doivent être mieux comprises et modélisées pour réaliser de nouvelles avancées.

La réflexion sur la possibilité de monter un large programme d’étude intégrée sur un système climatique régional, prenant en compte toutes ses composantes a démarrée en 2001. Elle a débouché sur la production d’un « livre blanc», préparé par la communauté française et largement diffusé au niveau international. De nombreux chercheurs de pays Africains, d’Allemagne, du Royaume Uni et des Etats Unis, se sont déclarés très intéressés et désireux de participer au projet. En 2003, des comités nationaux AMMA se sont mis en place aux USA, au Royaume Uni et pour les pays de l’Afrique de l’Ouest. Cette structuration de la communauté internationale s’est traduite par l’écriture d’un plan scientifique international (ISP :International Science Plan) dont une version préliminaire a été présentée lors de la réunion internationale AMMA en Avril 2003. Ce document est en cours d’amélioration. Au cours de l’automne 2003 et du début 2004, une réponse AMMA à la thématique HOT SPOTS in the Earth climate System du deuxième appel d’offres européen (FP6) a conduit à préciser la stratégie scientifique et expérimentale d’AMMA, ainsi que la structuration du programme pour favoriser des recherches transversales aux disciplines. Ces différents efforts seront synthétisés sous forme d’un plan d’implémentation international, dont le contenu définitif dépendra du résultat des réponses aux appels d’offre européen et nationaux.

La communauté française, qui a été pionnière dans la réflexion scientifique et dans la mise en œuvre du projet AMMA – démarrage d’une période d’observation de long terme dès 2001 par agrégation de systèmes d’observations existants, grâce notamment à la dynamique des Observatoires de Recherche en Environnement – a produit début 2003 un plan d’implémentation français qui a été présenté à la Commission Scientifique Océan-Atmosphère (CSOA) de l’INSU à l’automne 2003. Ce plan a été écrit par le Comité de Coordination Mousson Africaine (CCMA), qui a disposé pour cela dès 2001 de l’appui de différentes tutelles (CNES, CNRS, IFREMER, IRD, Météo-France, MAE) et de différents programmes nationaux (PATOM, PNCA, PNEDC, PNRH, PNTS). Il a notamment été conçu pour servir de base de discussions avec les agences et comités de programmes français et doit donc être considéré comme évolutif.

1 Introduction


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Pour élaborer une stratégie d’observation cohérente et pour tenir compte du caractère multi-échelles temporelles et spatiales de la Mousson Africaine, la stratégie du projet repose sur l’imbrications de différentes zones et périodes d’observation. Ces dernières sont au nombre de trois et font l’objet des trois premiers chapitres du plan d’implémentation.

La période d’observations à long terme (LOP) est concernée par deux types de données. Il y a premièrement un grand nombre d’observations non archivées qui ont été collectées durant les 50 dernières années et qui seraient bénéfiques pour l’étude de la variabilité interannuelle à décennale de la MAO (Mousson d’Afrique de l’Ouest). Ceci inclut les précipitations et les données décrivant les changement des surfaces continentales. Deuxièmement, des systèmes d’observations à long terme spécifiques sont mises en oeuvre pour documenter et analyser la forte variabilité interannuelle de la MAO. Cette partie est présentée dans le chapitre 2, la partie base de données afférente ayant fait l’objet d’une première réflexion présentée dans le chapitre 7.

La période d’observations renforcées (EOP) est conçue pour servir de lien entre la LOP et la SOP. Son objectif principal est de documenter sur un transect climatique le cycle annuel des paramètres de surface et atmosphériques aux échelles convective à synoptique, en particulier l’effet mémoire. L'EOP durera 3 ans, (2005-2007). Cette partie est présentée dans le chapitre 3. L’EOP consistera en un densification des observations de la LOP et en la mise en place d’observations sur des variables non documentées durant la LOP – car trop coûteuses à suivre sur une aussi longue période. Un tableau synoptique des systèmes instrumentaux LOP et EOP est présenté en fin de ce chapitre 3.

La période d’observations spéciales (SOP) se focalisera en 2006 sur des observations détaillées des processus spécifiques aux 3 phases principales de la saison des pluies (i) début de mousson, (ii) maximum de mousson, (iii) retrait de la mousson. Cette partie est présentée dans le chapitre 4.

2009 2010 2003 2004 2005 2007 20082006

SOP

EOP

2001 2002

ORE + Réseaux Opérationnels

Mesures spécifiques EOP

Périodes d’observation intensives

LOP

Figure 1.1. Les différentes périodes d’observation du projet AMMA. Le démarrage de l’EOP se traduira par une densification des observations de la LOP, certaines d’entre elles pouvant se poursuivre après la fin de l’EOP. Des mesures sur des variables spécifiques non suivies durant la LOP seront également mises en place.


3

Dans l’espace on peut distinguer quatre échelles allant du sous-continent ouest-africain (échelle régionale incluant le proche océan) à l’échelle locale (sites marqués par un carré noir en figure 1.2) en passant par une échelle sous-régionale (grands bassins-versants) et la méso-échelle (3 sites hachurés sur la figure 1.2).

Figure 1.2. Sites d’étude (voir en fin de section le tableau récapitulatif des différents sites)

Les observations satellitales et la modélisation, qui font l’objet des chapitres 5 et 6 respectivement sont les deux outils principaux d’intégration entre ces différentes échelles spatiales. Un certain nombre de missions satellitaires existantes et futures vont pouvoir ainsi fortement contribuer aux objectifs d’AMMA en fournissant des paramètres importants du système surface-atmosphère. Un défi sera d’exploiter cette énorme quantité de données (20 ans pour Meteosat, par exemple) en optimisant les reconstitutions de paramètres et l'analyse de données aussi bien pour la validation de modèles que pour l'assimilation. Parallèlement à son rôle intégrateur permettant d’utiliser au mieux des données dont la résolution et la couverture spatio-temporelle sont variées – l’utilisation des techniques d’assimilation étant cruciale à cet égard – la modélisation joue aussi un rôle clef pour mettre en œuvre une approche synergique trans-disciplinaire. L’acquisition des données selon le schéma décrit dans les sections précédentes permettra notamment de développer des stratégies de couplage entre modèles atmosphériques et modèles des surfaces continentales, dont les échelles caractéristiques sont très différentes. La réflexion actuelle sur ce sujet est présentée dans la section 6 de ce plan d’implémentation et dans le projet européen qui pourra utilement être consulté par ailleurs.

La base de données constituera naturellement un outil privilégié pour alimenter les modèles, que ce soit à des fins diagnostiques, de simulation ou de prévision. La démarche envisagée pour cela est décrite en section 7.

100-1000 km²100-1000 km²100-1000 km²


4

L’élaboration de liens entre la recherche et les applications est devenu un objectif important d’AMMA tant au niveau national qu’international. Cette partie présentée dans le chapitre 8 est en pleine construction mais ne part pas heureusement de rien. De nombreux travaux existent en effet déjà en France mais ils restent à coordonner. La collaboration entre le monde de la recherche et celui des applications doit et sera stimulée par des forums et des sessions de formation. A ce titre, on peut mentionner que divers programmes d’observations en cours sont déjà effectués en collaboration étroite avec les institutions nationales et régionales Africaines. Le colloque AMMA de Niamey en février 2002 a permis la mise en place d’un réseau AMMA-NET de plus de 200 scientifiques africains de diverses disciplines qui sont impliqués en développant des activités centrales liées à la formation, l'éducation et aux applications. Des écoles d'été (la première s’est tenue en Septembre 2003 à Lannemezan), des thèses, des échanges de scientifiques et la participation des chercheurs hors Afrique à l'enseignement dans l’Université Africaine sont quelques uns des moyens qui seront utilisés pour établir des liens forts avec les communautés scientifiques africaines. De tels liens existent déjà aux niveaux nationaux par des programmes spécifiques mais le projet fournira l'occasion de rationaliser et amplifier ces efforts. Une composante éducation et formation a été ainsi mise en place et est présentée dans le chapitre 9.

En grande partie de manière transverse à l’ensemble de cette activité, des travaux coordonnés et plus thématiques ont été lancés et ont fait l’objet de financements par les programmes nationaux. L’ensemble des demandes est résumé dans le chapitre 10 en y incluant les demandes franco-africaines.


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Les Sites d’instrumentation AMMA Fenêtre Régionale et Transects

Nom Localisation Description Période activité

Fenêtre sous-Regionale*

5°N -18°N; 0-4°E + 11°N -18°N; 2°W-0°

780,000 km²

Englobe les trois sites de méso-échelle pour documenter les gradientsclimatique et de vegetation et des sites auxiliaries au Burkina, ainsi que triosstations IDAF. Données opérationnelles à collecter: pluies journalières,relevés météo des stations synoptiques, debits des rivières.

2001-2008

Transect Sahélien

Sénégal, Mali, Niger

L’accent est mis sur les mesures d’Aérosol (3 stations)** ; Etude dessystèmes convectifs de méso-échelle et de leur lien avec les ondes d’est,incluant leur rôle dans le transport de poussières

2004-2008

Transect Méridien

Côte d’Ivoire, Bénin, Burkina, Niger, Mali

L’accent est mis sur les gradients d’énergie, d’eau et de végétation et sur lachimie atmosphérique. Le plus part des sites sont dans la fenêtre sous-régionale mais la zone s’étend vers le Nord pour documenter le Heat Low

2005-2008

* Le réseau IDAF couvre une fenêtre plus large incluant jusqu’à Zoetele 3°N,11°E (Cameroun) et 3 sites en Afrique du Sud. ** Appartiennent au réseau PHOTON-AERONET qui couvre une fenêtre incluant Sal (Cap Vert), Ouagadougou (Burkina), Dakla (Maroc), Agoufou (Mali) et Illorin (Nigeria) Sites de Méso-échelle


Bassin de l’Ouémé

Bénin; 9°-10°N; 1.5°-3°E 14200 km²

Densely instrumented catchment with denser instrumentation on sub-catchments (Donga, Aguima, Ara). Soudanian climate (different types of rain systems) and Savannahvegetation. Global models; impact of climate variability on water resources.

1997-2008

Degé carré de Niamey

Niger; 13°-14°N; 1.6°-3°E 14200 km²

The survey of the “Niamey square degree” started in 1990. Heavyobservations in 1992, monitoring from 1994 to 2002, densification startingagain in 2003. Sahelian climate with semi-arid vegetation (Millet crops, Tiger bush, …). Long series of high resolution rain data and groundwater levels.

1990-2008

Gourma Malien

Mali; 14.5°-17.5°N; 2°-1°W 30000 km²

Sahelian to saharo-sahelian climate (between isohyets 400 and 100 mm).Semi-arid natural vegetation composed of annual grasses and a sparse treelayer. Crops only present in the southern part of the area. 16 vegetation sitesmonitored since 1984. Also satellite products validation sites (vegetation,soil moisture).

1984-2008

Super sites


Bassin de la Donga

Bénin; 9.6°-9.9°N; 1.6°-2°E 590 km²

Sub-catchment of the Ouémé catchment with a dense recording raingaugenetwork (14 stations) and 5 streamflow stations. Land surface processstudies, hydrological modelling, coupling with the sub-surface and theatmosphere.

2002-2008

Bassin de l’Aguima

Bénin; 9.10°-9.14°N; 1.9°-2°E, 30 km²

Sub-catchment of the Ouémé catchment, with a dense recording raingaugenetwork (9 stations, some are in neighbouring catchments) and 5 water levelrecorders, 3 weather stations. Evaporation and soil moisture measurements.Land-surface process and agricultural studies; hydrological modelling.

2001-2008

Super Site de Niamey

Niger; 2°35’-2°48’; 13°25’-13°45’, 600 km²

Kori de Dantiandou and adjacent areas. Dry vegetation cover. Land surfaceprocess studies, hydrological modelling, coupling with the sub-surface andthe atmosphere. Rainfall vs vegetation spatial relationship, at the local scale

1991-2008

Bassin de Titao

Burkina Faso; 13°40'-14°N, 2°-2°2' W

< 50 km²

Sub-catchment located in the north of the Nakambé basin. Hydrological,erosion, bio climatic, environmental, soil physics and vegetation dynamicsstudies. Water, matters (solid and dissolved) and energy flux. Threedifferent soil surface types (bare soils, cultivated lands and naturalvegetation covered surfaces).

2004-2009

Dano Burkina Faso, 11.15°N, 3.07°W, 20km²

Sudan Savannah, dam at outlet of subcatchment/testsite,micrometeorological system and various devices for C/N/H2O turnover

2005-2007


6

Les Sites d’instrumentation AMMA (suite).

Sites locaux intensifs


Bassin de l’Ara

Bénin; 9.9°N; 1.6°E 14 km²

Sub-catchment of the Donga and Ouémé catchments. Geophysical andgeochemical studies. Flux measurements. X-Band radar and disdrometer. Emphasis on process studies

2003-2008

Banizoumbou

Niger (13°31’30’’N, 2°38’21’’E)

Ground based measurement of aerosols properties (physico-chemical,optical) and dust fluxes measurements. Weather station. Local water budget.

1991-2008

Wankama Niger; ? km²

Flux measurements ; the location of a (possible) second super site is not yetdetermined

1991-2008

Hombori-Agoufou

Mali; 15.2°N, 1.3°W 1 km²

Sand dune site with a sparse tree cover. Annual rainfall : 370 mm (1920-2003). Vegetation and soil moisture measurements. Automatic WeatherStation. Flux measurements. Sun photometer. Validation of satelliteproducts. Vegetation modelling.

2002-2008

Bassin du Tougou

Burkina Faso; 13°40'39'' N, 2°13'41'' W

36 km²

Sub-catchment located in the north of the Nakambé basin. Hydrological,erosion, bio climatic, environmental, soil physics and vegetation dynamicsstudies. Water, matters (solid and dissolved) and energy flux. Threedifferent soil surface types (bare soils, cultivated lands and naturalvegetation covered surfaces).

2004-2009

Dahra (Région du

Ferlo)

Sénégal 15° 49' 09.012" N 15° 03' 39.118" W

Sahelian climate (300-450 mm rain) with semi-arid savannah vegetation.Annual grasses with a maximum height of 60 cm. Tree and shrub canopycover generally < 5 %. Pastoralism is the dominant activity, but rain-dependent cultivation is an important secondary land use. Livestock arepresent year-round

2000-2005

Lamto Côte d’Ivoire Flux measurements ; wet and dry atmospheric deposition. Vegetationstudies

1991-2008

*.Local in situ measurements, only used for satellite validation, satellite data being used in Hydrological modelling.


7

La LOP est un programme d’observations à long terme qui a formellement démarré en 2001 et qui doit se dérouler sur 10 ans (2001-2010). Il s’appuie sur des systèmes d’observations qui ont été mis sur pied bien antérieurement à 2001, à des fins de recherche mono-disciplinaire. Ce programme vise à créer des cohérences entre ces systèmes d’observations, et des liens avec les observations – historiques et en cours – des réseaux opérationnels. La LOP constitue donc un amalgame d’observations spécifiques à AMMA, d’observations menées à des fins de recherche dans un cadre antérieur à AMMA et d’observations opérationnelles. Ces observations concernent aussi bien l’atmosphère que les surfaces continentales ou l’océan, à des degrés divers d’intensité toutefois, compte tenu des contraintes logistiques et financières.

2.1 Objectifs

Les objectifs poursuivis par la LOP se situent i) dans le domaine de la documentation des variabilités pluri-annuelles, ii) de l’étude de certains processus qui ne peuvent être bien compris que sur la base d’observations de longue durée et, enfin, iii) dans le domaine de la modélisation.

2.1.1 Documentation de la variabilité pluri-annuelle

Il s’agit de mieux documenter la variabilité interannuelle de la dynamique de mousson et de ses impacts et de comparer l’état actuel du système avec des états antérieurs pour détecter d’éventuelles dérives significatives. L’intérêt d’un tel suivi est fourni par l’exemple de l’année 1994, une des plus pluvieuses au Sahel central au cours du XXème siècle, faisant suite à une longue série d’années sèches. La partie intensive de l’expérience HAPEX-Sahel s’étant arrêtée en 1992, c’est grâce au maintien d’un dispositif de suivi à long terme de la pluviométrie et du niveau des nappes que cette année exceptionnelle a pu être observée, ce qui permet de valider le fonctionnement des modèles hydrologiques en cours de développement dans des situations variées. La LOP visera à observer de manière simultanée et cohérente les différents compartiments qui jouent un rôle dans la dynamique de la mousson, et ce pour plusieurs cycles annuels.

Cycle de l’eau continental :

• documenter la variabilité spatiale des champs de précipitation associés aux systèmes convectifs (variabilité interne et cycle de vie) et l’impact de cette variabilité sur les différents termes du cycle hydrologique continental ;

• identifier les temps caractéristiques des différents processus (ruissellement, infiltration, écoulements souterrains) et leur rôle dans la variabilité intra-saisonnière et interannulle ;

Dynamique de la végétation et des écosystèmes :

• caractériser le cycle saisonnier de la végétation en interaction avec le cycle de l’eau ;

2 Composante LOP (Long Observing Period)


8

• documenter l’évolution des écosystèmes d’Afrique de l’Ouest sous l’effet conjoint de la pression anthropique et de la variabilité climatique ;

Chimie atmosphérique et aérosols :

• observer les évolutions de la composition chimique des pluies, des aérosols et des gaz atmos-phériques en identifiant les sources saisonnières qui contrôlent les dépôts secs et humides ;

• documenter l'évolution des bilans d'aérosol terrigène (émissions / dépôts) d'Afrique de l'Ouest sous l'effet conjoint de la pression anthropique et de la variabilité climatique.

Océans :

• compléter les observations opérationnelles par des observations spécifiques permettant de dissocier au mieux l’aspect saisonnier de l’aspect interannuel dans la variabilité mesurée.

2.1.2 Etudes de processus

Les observations de long terme visent à mieux identifier et comprendre les processus de surface qui contrôlent la variabilité interannuelle, voire décennale, de la mousson et des composantes associées :

• mémoire interannuelle des systèmes hydrologiques : impact de cette mémoire sur les écosystèmes et rôle des écosystèmes dans la mémoire interannuelle des systèmes hydrologiques ;

• invariances d’échelle qui pourraient servir de base à l’assimilation de données de télédétection à faible résolution dans les modèles hydrologiques ;

• transferts de vapeur et de carbone associés à chaque stade de développement des principaux couverts ligneux et herbacés ;

• "basculements" entre facteurs limitant le fonctionnement de la végétation d'une année à l'autre (nutriments/eau) et impacts sur les flux d'eau et de carbone

• processus chimiques et physiques régulateurs des dépôts atmosphériques sec et humides ; • processus physiques et facteurs anthropiques régulateurs des émissions et des dépôts

d'aérosols terrigènes ; • processus responsables de la variabilité des couches supérieures océaniques influant sur les

flux à l’interface océan-atmosphère ;

2.1.3 Apports pour la modélisation

La LOP répond à deux types de besoins dans le domaine de la modélisation. D’une part, elle va permettre d’acquérir des données plus fines que celles actuellement disponibles sur les surfaces continentales et sur l’océan, permettant ainsi de tester et faire évoluer les paramétrisations rendant compte des variabilités de petite échelle dans les modèles. Les problèmes d’échelle spatiale sont centraux pour les études de modélisation de la LOP. En effet, le changement climatique est aujourd’hui appréhendé au travers des scénarios fournis par des modèles grande maille, dont la résolution est trop grossière pour qu'ils soient utilisés directement dans les études d’impact. Il est donc nécessaire de développer des outils qui permettront de traiter ces disparités d’échelles.


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D’autre part, en maintenant ces observations fines sur plusieurs années, la LOP devrait permettre de documenter les évolutions des forçages atmosphériques et leurs impacts (voir l’exemple donné plus haut à propos de l’année 1994), sur une gamme d’échelles spatiales assez large. A petite échelle la possibilité d'avoir des données conjointes de pluviométrie, humidité du sol, météo, végétation sur le long terme et sur une même parcelle est indispensable pour tester des modèles d'écosystème couplant de nombreux processus biologiques, physiques et chimiques. En mettant à l'épreuve sur du long terme les études de processus à petite échelle on permet un test extrêmement poussé des modèles. Aux échelles plus larges (méso à régionale), il est nécessaire de disposer des données qui permettront de tester des simulations simples d’impact de la modification des régimes pluviométriques et/ou de la couverture végétale sur le ruissellement et par là même sur l’ensemble du cycle de l’eau. Les données des réseaux nationaux, de résolution et de qualité trop grossières, ne permettent pas généralement d’effectuer des test convaincants : la sècheresse généralisée 1970-1990 constitue une « expérience grandeur nature », mais elle est difficile à exploiter car les données pluviométriques sont de densité insuffisante, les bassins instrumentés sont de trop grande taille et les données de végétation sont dispersées ou inexistantes. .

Cycle de l’eau et végétation

Les données de la LOP seront utilisées dans les directions suivantes : 1. Prise en compte des variabilités de petite échelle dans les modèles hydrologiques régionaux,

soit de manière explicite (modélisations emboîtées), soit sous forme paramétrisée. Un effort particulier sera fait pour ce qui concerne la distribution spatiale des précipitations (source d’hétérogénéité qui rend difficile le calage des modèles de manière uniforme sur des grands bassins) et également leur distribution temporelle (effet des différentes échelles d’agrégation temporelle sur le calcul des bilans d’eau). La représentation des processus de ruissellement dans les modèles (par exemple ruissellement hortonien versus aires contributives) bénéficiera aussi de ces données fines.

2. Développement de modèles intégrés de ruissellement, de végétation dynamique et de transfert d’eau dans les sols. Outre qu’ils permettront d’obtenir une meilleure compréhension des fonctionnements couplés, ces modèles viseront à évaluer l’état de la ressource en eau et sa sensibilité aux forçages.

3. Calculs de bilans d’eau spatialisés, à différentes échelles d’espace (versant, bassin) et de temps (mois, année, interannuel) afin d’estimer l’état des compartiments du cycle hydrologique continental et d’évaluer les effets de persistance à l’intérieur de la saison des pluies ou d’une année sur l’autre. Ceci se fera en associant observations et modèles mentionnés au point 2 ci-dessus.

4. Modélisation comparative d’années contrastées en terme de forçage atmosphérique (contrastes des totaux annuels ou de la répartition des pluies en cours de saison).

Aérosols et Chimie atmosphérique


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La modélisation est en fait l'outil de base qui sous-tend l'approche expérimentale de l'étude des aérosols terrigènes proposée dans le cadre de AMMA. En effet, c'est le seul moyen d'obtenir un bilan (émissions / dépôts) à l'échelle spatiale (régionale) et temporelle (au moins 10 ans) de la LOP. La stratégie proposée repose sur un emboîtement des échelles temporelles et spatiales depuis la modélisation d'événements isolés (les lignes de grains) effectuée dans le cadre de la SOP, jusqu'à une modélisation pluriannuelle effectuée dans le cadre de la LOP. Plus spécifiquement pour la LOP, les données obtenues sur de longues périodes serviront à contraindre un modèle de transport de traceur adapté du modèle de chimie transport CHIMERE actuellement en cours de développement au LISA dans le cadre de l’ATIP « Mise au point et validation d'un modèle régional d'aérosols désertiques adapté à l’étude des variations saisonnières et interannuelles sur le Sahara et le Sahel - Couplage avec les observations satellitaires » acceptée par l’INSU en 2002. Il s'agit d'un outil de modélisation du cycle des aérosols désertiques de résolution suffisamment fine dans le temps (résolution horaire) et l’espace (résolution ~ dizaines de kilomètres), mais qui permettra également de réaliser des simulations pluriannuelles (~ dizaine d’années). Concrètement, des paramétrisations spécifiques des différents termes du cycle des aérosols désertiques (émission, transport, dépôt sec et humide) sont couplées au modèle de transport de traceur. En particulier, l’inclusion du modèle d’émission développé au LISA permet la simulation « en ligne » des flux d’émission et de la granulométrie de l’aérosol produit. Ce dernier modèle a été étendu aux zones semi aride en prenant en compte l'humidité des sols et le développement de la végétation. Pour ce dernier point, il a été couplé au modèle de végétation déterministe S.T.E.P, développé et validé au CESBIO, qui décrit l’évolution de la végétation steppique sahélienne et de l’humidité des sols à partir de paramètres climatiques.

En raison de la dynamique des transports de poussière, ce sont essentiellement les mesures spécifiques effectuées sur le transect zonal Sahélien constitué des sites de Banizoumbou au Niger, de Ségou au Mali et de Mbour au Sénégal qui seront utilisées comme point de contraintes pour les distribution d’aérosols simulées. Par ailleurs, les données de végétation et les champs de pluies obtenus sur la fenêtre régionale seront évidemment des données d’entrée et de validation indispensables pour la modélisation de la végétation.

Les données de chimie atmosphérique serviront notamment à modéliser le bilan des éléments carbonés et le cycle des éléments azotés. Aux échelles régionale et globale, l’objectif est d’améliorer les paramétrisations des processus majeurs de dépôts.

Océan

Les données de la LOP seront utilisées pour évaluer les simulations numériques effectuées sur plusieurs années voire décades (CLIPPER par ex.), ainsi que pour l’assimilation dans le cadre de MERCATOR. Dans un but de compréhension de la dynamique océanique, des analyses conjointes de mesures in situ et de résultats de modèles numériques seront aussi menées. Ceci suppose une validation des simulations, en déterminant notamment les processus (paramètres) responsables des disparités entre résultats numériques et observations et d’améliorer en conséquence les simulations. L’utilisation de modèles biogéochimiques forcés pour reconstituer les cycles des sels nutritifs et du carbone, sensibles aux conditions hydrodynamiques et à la variabilité de la SST, apporteront également une qualification pour les modèles dynamiques. L'utilisation des modèles CLIPPER et MERCATOR nous permettra d’étudier la variabilité de la couche limite océanique à différentes échelles. Ces modèles doivent être en mesure de fournir le contexte de grande échelle et la restitution des principaux courants présents dans le bassin, ainsi que la dynamique de la couche mélangée.


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Notamment en vue de quantifier l'importance de l'upwelling équatorial ainsi que des deux upwellings tropicaux situés à l'est du bassin (situés respectivement vers le dôme de Guinée et le dôme d'Angola) dans le cycle saisonnier du système ITCZ/maximum de SST et de la mousson africaine, il est proposé également d'analyser dans des simulations numériques les budgets thermiques et hydrologiques associés à la couche de mélange de ces upwellings. Les simulations seront d'une part océaniques et forcées par des modèles d'atmosphère simplifiés (OGCM ORCA05 à résolution horizontale de 1/2 degré forcé par des flux "bulk"), et d'autre part couplées (runs IPSL). Une des nouveautés de l’approche sera de mener ces études en suivant les déplacements saisonniers des upwellings (surtout l'upwelling de l'hémisphère nord).

Concernant les budgets thermiques, nous analyserons les champs de tendances intégrées de la température de la couche de mélange du modèle océanique dans une simulation climatologique. Une fois les bilans analysés, nous procéderons à l'étude jumelle mais en mode couplé. Cette fois, l'objectif sera de mieux comprendre la très mauvaise qualité des simulations couplées lorsqu'il s'agit du système ITCZ/maximum de SST et plus particulièrement de la mousson Africaine. La confrontation avec les observations de la LP seront dans ce contexte importantes.

2.2 Stratégie d’ensemble.

Echelles temporelles

La LOP est un projet conçu pour durer dix ans (2001-2010). Sur une telle durée il sera évolutif, bénéficiant notamment des apports de l’EOP durant la période 2004-2007. Il cherche aussi à établir un lien avec les observations disponibles sur la région au cours des décennies antérieures, notamment la période 1950-2000. Comme on peut le voir dans le diagramme de la section 2.3, plusieurs systèmes d’observations fournissent – à des fins de recherche – des données spécifiques en sus des réseaux opérationnels depuis les années 1990.

On peut distinguer trois périodes : 2001-2003 : consolidation et coordination des systèmes d’observation existant ; organisation de

l’accès aux données des réseaux opérationnels ; sauvegarde des données passées. 2004-2007 : intensification progressive des mesures, visant notamment à permettre une meilleure

fermeture des bilans d’eau continentaux et à étudier les couplages entre cycle de l’eau, cycle de la végétation et cycles des composants minéraux, carbonés et azotés.

2008-2010 : poursuite, si les moyens le permettent, du dispositif de base de la LOP et de certaines des mesures démarrées durant l’EOP.

Echelles spatiales

Les systèmes d’observation existants – et présentés plus en détail ci-après – sont axés sur les échelles méso (≅100x100 km²) et locale (≅1x1 km²). On identifie également une échelle intermédiaire (≅10x10 km²) destinée à étudier les effets de la variabilité des pluies liée à la convection sur la réponse des systèmes hydrologiques. La répartition des différents sites sur un large domaine (figure 1.2) assure une couverture sub-régionale, mais incomplète et pas totalement cohérente. L’objectif premier sera d’améliorer cette couverture sub-régionale en documentant correctement le transect Sahel- Savane- Forêt (voir les sites étagés sur les transects de la figure 1.2)

2.3 Dispositif actuel.


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La LOP est constituée par trois grands types d’actions : i) garantir l’accès au maximum de données des réseaux opérationnels sur la base d’un partenariat avec les scientifiques et institutions africaines ; ii) mettre en œuvre des observations spécifiques ; iii) mettre sur pied un pôle de compétence sur la variabilité climatique et son impact visant à agréger les forces disponibles en Afrique de l’Ouest qui pourra assurer la poursuite des recherches sur ce thème au-delà de la période couverte par AMMA.

2.3.1 Accès aux données des réseaux opérationnels

Des contacts sont en cours avec différents services (Directions de la météorologie, Directions de l’Hydraulique ou de l’Environnement) pour que les données qu’ils recueillent puissent être utilisées par les chercheurs du projet AMMA afin de fournir un environnement de plus grande échelle aux observations réalisées sur les sites équipés spécifiquement dans le cadre de AMMA. Sur le continent, les données en questions sont celles qui proviennent des stations météorologiques synoptiques et agro-climatiques (pluie, température, vent, pression, rayonnement – si disponible) gérées par les services météorologiques et celles concernant les débits des principales rivières. Sur l’océan on peut mentionner trois programmes opérationnels : i) les données des navires marchands, dont le réseau est entretenu par l'IRD dans la partie Centrale et Est du bassin Atlantique tropical, dans le cadre de l’ORE SSS (voir ci-dessous section 1.1.2.2) ; ii) le réseau de marégraphes dont la réhabilitation est envisagée en liaison avec GOOS Africa (voir ci-dessous section 2.3) ; iii) les programmes Global Drift et CORIOLIS/ARGO. Pour ce qui concerne l’atmosphère, le travail à entreprendre est surtout un travail préparatoire à l’EOP, en faisant le bilan des stations de radio-sondage en fonctionnement et des actions à mener pour remettre en marche celles qui ne le sont pas ou ne transmettent pas leurs données (voir plus loin les actions préconisées dans ce domaine).

2.3.2 Observations spécifiques existantes – Les ORE

La LOP s’appuie de manière privilégiée sur des systèmes d’observations spécifiques à l’Afrique de l’Ouest (surfaces continentales, hydrologie, chimie atmosphérique océan), fonctionnant depuis plusieurs années sur la base d’une association entre équipes africaines et laboratoires français. Un gros effort est en corus pour mieux les coordonner géographiquement et scientifiquement.

L’appel d’offres ORE (Observatoires de Recherche sur l’Environnement) du ministère français de la recherche et la réunion de Niamey (Février 2002) ont conduit à coordonner les différents systèmes d’observation existants. Chacun de ces systèmes est inséré dans un réseau national ou international et poursuit des objectifs qui ont été fixés avant la mise sur pied de AMMA. Ils doivent garder leur identité, afin de respecter les collaborations nouées avec les équipes africaines et répondre aux attentes des organismes qui les financent. Néanmoins il y a des bénéfices mutuels évidents à attendre d’une étroite coordination de leurs activités dans le cadre fédérateur de AMMA.

Les ORE sont gérés dans le cadre d’une collaboration étroite avec les scientifiques africains.Ils sont un lieu d’échange et de formation. Ainsi, 2 écoles thématiques ont été organisés à Lamto en 2001 et 2002 sur les écosystèmes tropicaux, regroupant des étudiants de 3e cycle et des chercheurs africains et européens pour une formation à l'écologie expérimentale tropicale "in situ". L’existence de sites déjà bien documentés et de collaborations fortes entre laboratoires français et équipes africaines fournira une base solide pour la mise en place de l’EOP.

Tableau 2.1. Les composantes françaises de la LOP.

Paramètres mesurés Financements Réseau International


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PHOTONS/ORA Aérosols INSUE et CNES AERONET IDAF Dépôts Atmosphériques INSUE et MAE DEBITS CATCH Gourma Végétation INSUE, IRD, CNES CATCH Niamey Cycle Hydrologique. Continental IRD, INSUE, MENRT, PNRH CSE GEWEX CATCH Ouémé Cycle Hydrologique. Continental IRD, INSUE, MENRT, PNRH CSE GEWEX PIRATA Flux océan-atmosphère IRD / NOAA / Brésil Action Internationale SSS Salinité de surface de l’océan IRD, MENRT

Schéma d’ensemble de la LOP

PIRATA (ORE)

Observations spécifiques

Bassin de la Donga

576 km²

Super site Central

100 km²

Mare de Gossi

Echelle Conve-

ctive

LOP AMMA

AMMA-CATCH (ORE)

PHOTONS (ORE)

IDAF (ORE)

Réseaux Opérationnels

Surfaces Continentales Atmosphère

Observations pérennes

Océans

SSS (ORE)

9,7°N 13,5°N 15,2°N

Lamto (Côte

d'Ivoire)7°N

Echelle sous-régionale

Réseau Prévu: 53 super-sites +

Zoétélé et Lamto

Gourma Malien

25000 km²

Méso Echelle

Degré carré de Niamey 16000 km²

Fenêtre sous-régionale

2°W-5°E ; 6°-15°N 700 000 km²

Réseau Prévu: 8

3 super-sites + transect Sahélien

Site Intensif Banizoumb.

Site Intensif Agoufou

(depuis 1990)

Réseau existant10 Bouées

Atlas

(depuis 1985)

Haute Vallée de l'Ouémé 14600 km²

(depuis 1997)

Echelle Locale

Site Intensif Djougou


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2.3.2.1 Observations de l’Océan

Sur l’océan, il existe deux ORE dont les données seront utiles pour AMMA. Il s’agit respectivement de PIRATA (accès direct aux données océano-météorologiques quotidiennes via internet: (http://www.brest.ird.fr/pirata/piratafr.html), qui rencontre malheureusement des difficultés avec ses bouées installées dans le golfe de Guinée, notamment celle positionnée à (0° ;0°), et de SSS (Sea Surface Salinity). Cet ORE gère, depuis 2003, les données des navires marchands, dont le réseau est entretenu par l'IRD dans la partie Centrale et Est du bassin Atlantique tropical. Ce réseau fournit régulièrement le long de rails commerciaux des profils de température (XBT) et des mesures de salinité de surface de l'océan (thermosalinographe) depuis plusieurs années (voir aussi les sites http://www.brest.ird.fr/sss/salinit1.html et http://www.brest.ird.fr/xbt/xbt_orst.html). Il faut aussi mentionner les bouées dérivantes de surface (SVP) qui fournissent des mesures de SST dans le cadre du Global Drift Programme du GOOS (http://www.aoml.noaa.gov/phod/dac/gcd.html) et les bouées dérivantes profondes (PROVOR) qui fournissent tous les 10 jours des profils de température et de salinité (accès à la profondeur de la couche mélangée océanique) dans le cadre du programme ARGO et de sa composante française CORIOLIS (http://www.ifremer.fr/coriolis/). Enfin, dès les années 1950, les océanographes de l'IRD (alors ORSTOM) ont mis en place des stations côtières dans les pays où cet organisme était implanté (Sénégal, Côte d'Ivoire, Togo, Bénin, Gabon, Congo), afin de mesurer quotidiennement la SST, mais aussi parfois la SSS et certains paramètres météorologiques. Certains autres pays avoisinants ont fait de même (Ghana, Nigéria notamment). Ces stations ont, avec plus ou moins de réussite, été dans l'ensemble maintenues sur la plupart des sites dans le cadre de programmes nationaux, parfois avec le soutien de l'IRD.

Projets océanographiques ayant un intérêt pour la LOP AMMA

Salinité de Surface(ORE)

Thierry Delcroix /Yves DuPenhoat

Trois stationsEn fonctionnement

Sao ToméPte Noire, Abidjan

RecommandationGOOS

4 stations en plus(CI, Nigéria, Ghana)

Marégraphes(Réhabilitation)

PIRATAAtlantique Tropical

10 Bouées ATLAS

PIRATA(ORE)

Jacques Servain

LOP AMMA Océans


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2.3.2.2 Surfaces continentales, chimie et aérosols

Trois ORE existent : CATCH, IDAF et PHOTONS. Ils possèdent déjà un site commun de mesures intensives locales à Banizoumbou, sur le degré carré de Niamey (13,5°N). L’ORE CATCH (http://www.lthe.hmg.inpg.fr/catch) est organisé autour de trois sites de méso-échelle (voir schéma d’ensemble en section 1.3.1 et figure 1.1), qui se répartissent entre 9°N et 17°N. Les sites IDAF couvrent également des zones de forêt plus au Sud (Lamto en Côte d’Ivoire et Zoétélé au Cameroun). Les sites PHOTONS sont plutôt concentrés en zone sahélienne, formant un transect qui s’étend des îles du Cap Vert à l’Ouest (20°W) jusqu’à Banizoumbou à l’Est (2,6°E), couvrant ainsi le domaine de transport privilégié des aérosols terrigènes.

La coordination en cours des activités entre ces trois ORE va permettre de : • réaliser des mesures concomitantes sur les différents cycles en des lieux communs ; • renforcer les sites existants par des mesures atmosphériques, au moins pendant l’EOP ; • rationaliser les coûts et la logistique ; • mettre sur pied de véritables sites de référence pour l’Afrique de l’Ouest, qui pourront être

intégrés dans les observatoires globaux de l’environnement terrestre et qui ont vocation à devenir des «écoles de terrain» pour les scientifiques africains.

Les trois grands axes de travail de la période 2001-2003 ont été de : • renforcer la coordination des ORE entre eux (équipes françaises et africaines), et de mettre en

place des collaborations avec les partenaires européens ; • mettre en place des mesures météorologiques et la coordination avec les mesures océaniques ; • renforcer les collaborations avec les équipes africaines.

Le tableau ci-après fournit un aperçu de l’équipement des différents sites existants, et donc des efforts à fournir pour les homogénéiser, au moins partiellement. Ces sites sont également documentés du point de vue des conditions de surface (MNT, pédologie, végétation) et de la géologie.

2.3.3 Contributions d’autres pays

Il existe néanmoins des projets de suivi à long terme recouvrant largement la problématique d'AMMA et portés par des équipes européennes, notamment allemandes, britanniques et danoises.

2.3.3.1 Projet Allemand IMPETUS

Depuis l’année 2000, un consortium de laboratoires financés par le ministère fédéral allemand de la recherche, sous la coordination de l’Institut für Geophysik und Meteorologie de l’Université de Cologne (Prof. Peter Speth) a établi des mesures complémentaires à celle du projet CACTH sur le haut bassin de l’Ouémé (projet IMPETUS) : campagne de radiosondage sur le site de Parakou durant l’été 2002, installation de deux stations climatiques à Parakou et à Dogué, suivi des termes du bilan hydrologique sur le bassin de l’Aguima (5 km²). Des actions existent également dans le domaine de la santé (travail sur les maladies transmises par l’eau) et de la démographie. Le projet IMPETUS contribue au financement des observations CATCH sur l’Ouémé et travaille en partenariat avec la Direction de l’Hydraulique du Bénin. Les données collectées par les deux projets sont à disposition des différentes équipes parties prenantes. Le projet IMPETUS doit se maintenir pendant 10 années, réparties en trois tranches. Suite à évaluation à l’issue des trois premières années, le financement des


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mesures sur la période 2003-2006 est acquis, sauf en ce qui concerne les radiosondages. Il est à noter que IMPETUS travaille sur un second site africain, le bassin du Drâa dans le sud Marocain.

Tableau 2.2. Bilan de l’équipement des trois sites de méso-échelle (début 2004).

Degré carré Niamey (14200 km²)

Gourma Malien (25000 km²)

Bassin Ouémé (14200 km²)

Super Site Kori de Dantiandou

(600 km²)

Super Site

Bassin de la Donga

(576 km²)

Variables

mesurées

Sites IntensifsBanizoumbou

Wankama

Site IntensifAgoufou

Site Intensif

Djougou

Groupes fonctionnels

25 sites oui -

LAI, fAPAR 25 sites oui - Recouvrement Biomasse Hauteur

oui oui

Profil racinaire oui oui Flux de sève 1 station Pluie 32

pluvio 5

pluviog.* 1 pluviog.** 4 pluviog.

3 pluviom.1 pluviog.* 44 pluviog. 14

pluviog.* 2

pluviog.** Débits ou niveau mares

3 mares* 1+1 mares** 9 stations 5 stations*

Niveaux nappe 100 puits

3 piézog. 15 piézog. 15 lectures

11 piézog.* 8 lectures.*

Humidité du sol 2 profils 0-2 m

Potentiel capillaire

Vent, Humidité, Rayonnement

2 stations 1 station * 2 stations*** 1 station**

Flux (Chaleur, Vapeur d’eau)

Chimie atmos. 1 station IDAF

Aérosols 1 photomètre 1 photomètre

* appareil(s) inclu(s) dans le décompte site de méso-échelle ; ** appareil(s) inclu(s) dans le décompte super-site *** inclut la station IMPETUS de Parakou

2.3.3.2 Réseau régional de mesure des flux de surface (CEH Wallingford)

Le NERC Center for Ecology and Hydrology de Wallingford (UK) est un des rares instituts européens ayant maintenu une compétence complète en matière de mesures de flux tant à l’interface


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sol-atmosphère que dans le sol. Une équipe du CEH (Dr Colin Lloyd et Christopher Taylor) se propose de mettre sur pied un réseau régional de mesure des flux de surface selon un protocole qui reste à définir. Le CEH peut mobiliser pour cela une dizaine de stations et se propose de coordonner l’ensemble des mesures de flux, incluant celles qui pourraient être faites par d’autres équipes. L’action vise dans un premier temps l’EOP. Une réflexion est en cours pour maintenir ces mesures au delà en développant un partenariat avec des institutions africaines et en s’appuyant sur de jeunes doctorants de ces institutions.

2.3.3.3 Autres projets

La coopération danoise (DANIDA) est le maître d’œuvre – en partie pour le compte du FED, le Fonds Européen de Développement – des projets de Gestion Intégrée des Ressources en Eau (GIRE) qui sont mis en place dans plusieurs pays d’Afrique de l’Ouest, dont le Bénin et le Burkina Faso. Ces projets visent notamment à réhabiliter les réseaux de hydrométriques nationaux, dont les mesures seront importantes pour AMMA.

2.3.4 Pôle de compétence

Il existe actuellement en Afrique de l’Ouest des réseaux parfois formels, parfois informels, qui regroupent des scientifiques travaillant dans différentes disciplines liées à la problématique de la variabilité climatique. Le projet AMMA constitue une excellente opportunité pour agréger ces différents réseaux au sein d’un véritable pôle de compétence dont les points d’ancrage seraient à la fois des laboratoires nationaux et des institutions régionales telles qu’AGRHYMETa ou ACMADb. Les écoles d’été qui seront organisées par AMMA constitueront une première étape dans ce processus. Les différents outils mis en œuvre par le Ministère français des Affaires Etrangères (MAE) tels que FSP et CORUS et l’IRD (Aire-Développement, « Jeunes équipes associées ») devront également être utilisés à cette fin. Un groupe de travail a été mis sur pied par le Comité de Coordination Mousson Africaine (CCMA) pour animer les projets de partenariat avec les scientifiques africains. Une de ses missions sera la création de ce pôle de compétence. Ceci ne concerne pas seulement les actions LOP mais ces dernières occupent une place essentielle dans la mise sur pied d’un tel pôle, dans la mesure où elles s’inscrivent dans une durée plus longue que celles menées pour la SOP et l’EOP. a AGRHYMET: centre régional de suivi dans les domaines de l’Agriculture, de l’Hydrologie et de la Météorologie, regroupant les

pays du Comité Inter-états de Lutte contre la Sécheresse au Sahel (CILLS). b ACMAD: Centre Africain de Météorologie Appliquée au Développement.


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2.4 Dispositif LOP visé pour le démarrage de l’EOP et actions à mener.

L’année 2004 va constituer une année de transition qui va permettre d’enrichir les dispositifs de mesures des différentes ORE pour arriver en début d’EOP (2005) dans une configuration minimale commune aux super-sites gérés par les équipes françaises (voir tableau en fin d’introduction, super-sites de la Donga, et de Niamey, site intensif locale d’Agoufou). Par ailleurs les mesures sur les sites de méso-échelles vont être densifiés et également enrichis, notamment en mesures de flux.

2.4.1 Accès aux données des réseaux opérationnels

Cette action concerne avant tout les réseaux météorologiques, les autres (réseaux hydrométriques par exemple) n’étant pas forcément aussi opérationnels.

Deux actions sont menées en parallèle. D’une part, un travail de diagnostic sur le fonctionnement des stations du réseau synoptique et la transmission des données ainsi recueillies. D’autre part, des contacts sont en cours, par l’intermédiaire du réseau AMMA-Net, pour s’assurer que les données des autres stations pourront également être mises à disposition des chercheurs du projet. Une réunion du GCOS (Global Climate Observation System) a eu lieu à Niamey en Avril 2003. Une des recommandations de cette réunion a été de faire de AMMA un projet pilote pour le renforcement des réseaux de surveillance climatique en Afrique.

2.4.2 Observations AMMA sur les Surfaces Continentales

L’objectif visé est de couvrir au mieux le transect éco-climatique qui va du Nord du Sahel à la forêt au Sud. Comme mentionné plus haut, la fenêtre CATCH s’étend entre 17°N et 9°N et l’extension vers la côte, au sud, est fournie par le site de Lamto, décalé en longitude mais qui a fait l’objet d’un suivi écophysiologique et météorologique détaillé depuis près de quarante ans ; il est équipé d’une station IDAF depuis 1990 et a accueilli d’importantes expériences en chimie atmosphérique au cours des vingt dernières années. Les sites de Zoetele et des bassins emboîtés en forêt au Cameroun permettront de compléter le transect savane-forêt. Sur ces sites l’accent sera mis sur l’observation des liens entre le bilan atmosphérique (émissions-dépôts), l’hydrogéochimie du bassin versant de Nsimi et l’hydrologie. Les sites de Ségou au Mali et de Mbour au Sénégal permettront de documenter un transect sahélien zonal plus spécifiquement axé sur l'étude des aérosols terrigènes.

Ce dispositif s’appuie sur des collaborations suivies avec des partenaires africains, au Sénégal, au Mali, au Niger, au Bénin, en Côte d’Ivoire et au Cameroun. Compte tenu de l’historique, des collaborations disponibles, et des contraintes budgétaires et logistiques il ne sera pas possible d’homogénéiser totalement les mesures réalisées sur ces différents sites (au demeurant les questions posées ne sont pas identiques tout le long de ce transect climatique). La priorité a été mise sur la définition d’un "noyau dur" de mesures à mettre en place en vue du démarrage de l’EOP sur les trois sites de référence (Gourma, Niamey, Ouémé). On visera un dispositif semblable sur les sites annexes de Lamto et du Cameroun, en fonction des contraintes logistiques et financières rencontrées.

Trois échelles principales ont été définies en ce qui concerne les observations de surface : échelle méso-α – sites de méso-échelle, échelle méso-γ – super-sites, échelle locale – sites intensifs locaux. Les mesures sont assez précisément définies sur les sites intensifs locaux et moins strictement définies aux échelles supérieures pour tenir compte des spécificités géographiques des trois régions de


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référence (par exemple prédominance d’une hydrologie endoréique en zone sahélienne). Les super-sites (surface typiquement de quelques centaines de km²) regroupent un site intensif local et des sites secondaires et ont été mis sur pied dans la perspective de la spatialisation à l’échelle méso, puis régionale.

2.4.2.1 Approche commune aux différents sites

Le noyau dur de mesure a été défini à partir de la nécessité de documenter de manière aussi large que possible la variété des processus observés. Ainsi, le fonctionnement de la végétation et les modèles associés doivent prendre en compte la répartition horizontale de l'eau. Complémentairement, les bilans d'eau sont affectés par l'évapotranspiration des couverts. La connaissance de la végétation et de son cycle est essentielle pour les évaluations des émissions et dépôts d'aérosols terrigènes. La densité optique, liée à la teneur en aérosols, est par ailleurs nécessaire à la correction des images satellitales utilisées. Enfin, la mesure de la composition chimique des pluies permet d'évaluer les apports atmosphériques aux hydrosystèmes, à prendre en compte dans les études géochimiques.

Conditions de surface

Ce compartiment concerne d’une part la caractérisation de l’occupation du sol, des états de surface, de la pédologie et la géologie, etc. Cette caractérisation est essentiellement pertinente aux échelles méso et régionale. Il s’agira de compiler et de construire les bases de données essentielles, comprenant les types de végétation, les modes d’occupation du sol, les types de sol et d’états de surface, la proportion de surfaces brûlées, la densité de population, la charge animale, etc. Ces informations sont à extraire des cartes existantes (pédologie, potentialités pastorales, ….) ainsi que de l’imagerie Landsat. Cette tâche est à accomplir en liaison avec le groupe ‘satellites’. Les données Landsat-TM présentent un intérêt particulier pour la couleur des sols (3 bandes dans le visible) et donc pour la caractérisation des états de surface.

Végétation

L’objectif est d’étudier la variabilité interannuelle du cycle saisonnier de la végétation et des flux hydriques (évapotranspiration) associés. La végétation est répartie en trois groupes fonctionnels principaux, représentés par les herbacées annuelles, les herbacées pérennes et les ligneux. Plusieurs types fonctionnels peuvent être éventuellement identifiés chez ces derniers (espèce caducifoliée, caducifoliée inversée - Acacia albida - ou sempervirente).

Pour chaque groupe fonctionnel, les principales variables concernées par ce suivi sont le recouvrement végétal ou fCover, la densité d’arbres, la biomasse aérienne (et éventuellement souterraine), l’indice foliaire ou LAI, la fraction du PAR absorbée par la végétation ou fAPAR, la hauteur de la végétation et la transpiration foliaire.

Cycle de l’eau continental et interface sol-atmosphère

Les objectifs prioritaires seront d’assurer la fermeture du bilan hydrologique. Le suivi concernera les précipitations, les écoulements, la dynamique des réserves : zones non-saturée et saturée (nappes), et l’évapotranspiration d’une part, et le bilan d’énergie d’autre part.


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Précipitations : la mesure s’articule autour de réseaux sol de pluviographes automatiques, permettant d’obtenir au pas de temps de 5 minutes la chronique des intensités de pluie reçue par chaque poste.

Ecoulements : les transferts horizontaux sont évalués par des stations limnimétriques automatiques, permettant l’évaluation des débits (zone soudanienne et guinéenne) ou le remplissage des mares (zone sahélienne) à l’exutoire de bassins versants représentatifs.

Dynamique des réserves : L’évaluation des flux d’infiltration nécessite le suivi continu et automatisé du potentiel capillaire et de la teneur en eau sur un profil au niveau des stations micro-météorologiques installées sur les super-sites et sites secondaires. Le profil suivi doit contenir au moins la zone racinaire, mais peut être plus profond pour apprécier les flux de drainage profond. La dynamique de la zone saturée est appréciée par un réseau de piézographes automatiques, donnant en continu la charge hydraulique des aquifères.

Bilan radiatif et micro-météorologie : le suivi micro-météorologique (pluie –cf supra-, vitesse et direction du vent, température et humidité de l’air) est prévu sur chaque site intensif local, ainsi que la mesure du bilan radiatif. Pour des raisons de coût, les autres termes du bilan d’énergie, et en particulier l’évapotranspiration ne seront pas documentés de manière permanente dans le cadre de la LOP, mais de manière plus intensive en période EOP, sur les sites intensifs locaux et les sites secondaires.

Chimie atmosphérique

Aérosols

Les mesures locales obtenues grâce aux photomètres sur les sites intensifs locaux (épaisseur optique, coefficient d’Angstroem, granulométrie des aérosols en suspension (0,1 à 30 µm en diamètre), contenu intégré en vapeur d’eau...) peuvent être considérée comme représentatives à l’échelle des super-sites

Sur les trois stations du transect sahélien (Banizoumbou, Ségou, Dakar), des mesures intégratives complémentaires seront réalisées afin de déterminer les concentrations au sol ainsi que le dépôt en masse des aérosols terrigènes. Des mesures au sol plus détaillées comprenant, entre autres, des granulométries en nombre et en masse (0.3 à 20 µm) seront également réalisées sur le Site commun de Banizoumbou, au moins dans le cadre de l'EOP.

2.4.2.2 Sites intensifs locaux

La fonction de ces sites est double : i) faire de l'expérimentation sur des processus (écologiques, hydrologiques) peu ou mal connus, et sur leur couplage ; ii) de produire les paramètres d’initialisation des modèles, en particulier les SVATs et les modèles de bilan radiatifs (variables météorologiques) et des paramètres atmosphériques nécessaires aux corrections des images satellitales (vapeur d’eau et aérosols). Chacun des compartiments sera suivi de manière détaillée par une caractérisation de la dynamique de la végétation d’une part, et, d’autre part, par une station comprenant un pluviographe, un piézographe, un dispositif de tensio-humidimétrie, une station météorologique, une station IDAF et un photomètre PHOTONS. Ce dispositif principal sera renforcé en période EOP et SOP de mesures de flux d’énergie, d’espèces chimiques et d’aérosols terrigènes (uniquement pour le site de Banizoumbou dans ce dernier cas). La mesure de l’humidité du sol fera


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appel aux mesures diélectriques (TDR, sonde capacitive) ou nucléaires (sonde à neutrons) ; et à des batteries de tensiomètres automatiques. Une mesure du ruissellement de surface local sera ajoutée si ce processus se révèle important dans le bilan. En ce qui concerne la végétation, les méthodes utilisées feront principalement appel aux mesures de terrain destructives (récolte, séchage et pesée) et à l’emploi d’instruments portables de type LAI-mètre ou appareil hémisphérique qui permettent après traitement d’obtenir une estimation du fCover, LAI et fAPAR. L’automatisation des mesures est difficilement envisageable mais pourra être recherchée pour certaines mesures (interception du PAR, flux de sève).

En terme de bilan d’eau (et d’énergie) au niveau de chaque station, les variables non mesurées au long terme (flux par exemple), pourront être évaluées comme des résidus du bilan, la période pendant laquelle des mesures seront disponibles (EOP) permettant de valider les algorithmes de bilan.

Le tableau 2.3 récapitule, dans chaque compartiment, le groupe de variables mesurées sur chaque site intensif local.

Tableau 2.3. Liste de mesures communes à tous les sites intensifs locaux (voir aussi la table

des instruments donnée en fin de section EOP).

Compartiment Variables mesurées

Végétation

- Groupes fonctionnels - LAI, fAPAR - recouvrement biomasse - hauteur - flux de sève - profil racinaire

Cycle de l’eau continental et interface

sol-atmosphère

- pluie - débits - niveau de nappes/mares - profil d’humidité - profil de potentiel capillaire - vent (vitesse direction) - humidité de l’air - rayonnement (incident, réfléchi) - flux de chaleur et de vapeur d’eau *

Chimie - éléments majeurs - métaux trace Carbone Organique et BC

Aérosols

- épaisseur optique, coefficient d’Angstroem - caractéristiques des aérosols en suspension (granulométrie 0,1

à 10 µ; indice de réfraction) - contenu intégré en vapeur d’eau. - concentration et dépôt d'aérosols terrigènes* #.

* en période d’observations renforcées uniquement # sur le transect zonal Sahélien uniquement


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2.4.2.3 Super-sites et sites de méso-échelle.

Les mesures sur le terrain concernant la végétation sont à combiner aux observations satellitales acquises à différentes résolutions spatiales. Une cartographie des principales formations végétales et des modes d'occupation du sol permettra de sélectionner, au sein d’unités homogènes représentatives, des parcelles de mesures qui seront suivies pendant toute la durée de la LOP à une fréquence moins élevée que sur les sites intensifs locaux. Ces parcelles accueilleront, à tour de rôle, et pour une ou deux saisons, une station de mesures micro-météorologiques identique à celle installée sur le super-site. Le contrôle des termes du cycle de l’eau continental se fera par un réseau de pluviographes, de limnigraphes et de piézographes. Cependant, la présence d’aquifères fracturés ou discontinus en zone de socle peut rendre difficile l’estimation de la dynamique des stocks à cette échelle, et peut nécessiter le recours à des outils de modélisation. Il en est de même pour la spatialisation des autres termes du bilan hydrologique. L’estimation spatialisée des caractéristiques hydrodynamiques, du contenu en eau du sol, des flux d’évapotranspiration reste le problème majeur sur lequel il convient de travailler. En effet, à l’échelle méso comme régionale, seule l’humidité de surface pourrait être ‘attrapée’ par les satellites radar à haute résolution tel ASAR sur ENVISAT ou le SAR à bord de la plate-forme ALOS (à partir de 2004) mais cela ne concernera que les surfaces avec peu de couvert végétal. L’accès à l’humidité de surface sous forte biomasse végétale devrait pouvoir être estimée avec les basses fréquences mais un capteur comme SMOS ne sera pas opérationnel pour toute la durée de la LOP, et sa résolution spatiale (60 km) est un handicap pour les modèles hydrologiques, travaillant généralement à résolution beaucoup plus fine. En revanche, les données des capteurs AMSR (Advanced Microwave Scanning Radiometer) embarqués sur AQUA et ADEOS-2 pourront être utilisées à profit. L’estimation de l’humidité en profondeur devra nécessairement faire appel à des techniques d’assimilation. Les diffusiomètres permettent actuellement une mesure intégrée du flux de chaleur sensible, mais des développements sont encore nécessaires pour obtenir également les flux de chaleur latente. L’estimation spatialisée de ces flux fera donc appel à la combinaison de mesures ponctuelles, de modèles, et d’images satellites.

2.4.2.4 Echelle régionale

A cette échelle, le suivi du cycle de la végétation se fera à l’aide des observations satellitales réalisées par les capteurs à large champ. Dans ce domaine, les objectifs sont de documenter la variabilité saisonnière et interannuelle des grandes zones écoclimatiques de l’Afrique de l’ouest et de la replacer dans un contexte historique à l’aide des longues séries de données satellitales. Le contrôle du bilan hydrologique sera réalisé de la même manière qu’à l’échelle méso, avec cependant le même type de difficultés en ce qui concerne l’évapotranspiration, l’humidité en surface et en profondeur.

Le transport des d’aérosols, qu’ils soient terrigènes ou carbonés, depuis l’Afrique de l’Ouest vers l’Atlantique Nord-Tropical et/ou le Golfe de Guinée peut également être documenté sur le long-terme soit à partir des capteurs historiques pour les périodes passées (Météosat Vis), soit à partir de nouveaux capteurs (Seawifs, POLDER-2) mais surtout MSG (Météosat Second Generation Vis).


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Tableau 2.4. Chronogramme des mesures (cadre ORE-CATCH) sur les trois sites de méso-échelle au cours des différentes phases de la LOP.

DuréeEchelle Spatiale

Documentation initiale

LOP Complète

Actualisation documentation

de site

EOP Spécifique

EOP et au delà

Sites méso-Echelle (≅100x100 km²) • Gourma (25000 km²)• Degré (12000 km²) • Ouémé (14200 km²)

MNT Carte de végétation et d’occupation du sol Carte pédologique et géomorphologique Régime des feux et de pâturage

Pluie Réseau pluviographes Eau souterraine Réseau piézographes

Super Sites (≅10x10 km²): • Gossi • SSC (100 km²) • Donga (576 km²)

MNT Etats de surface (Coefs ruissellement) Géophysique Carte de végétatiodétaillée (groupefonctionnels, densité dligneux, espèceprincipales,…)MesureKs sous-bassin de la Donga

Eau de surface Série de mares ou bassin intégrateur. Eau souterraine Réseau piézo

Géophysique Etats de surface (coefs ruissellement)

Mesures de flux Radar météo Hydrogéochimie

Mesures de flux ?

Sites intensifs locaux (≅1x1 km²) : • Agoufou • Banizoumbou • Ara/Djougou

Ks (conductivité hydraulique) Profondeurs racinaires Composition floristique

Végétation Flux de sève sur groupes

fonctionnels

LAI / PAR. Recouvrement,

biomasse Bilan radiatif, météorologie

Mesures de flux de chaleur sensible et latente Flux de sève sur groupes fonctionnels dominants (ligneux) Eau du sol Succion, teneur.

Rayonnement Bilans radiatifs Eau du sol Succion, teneur. Pluie Disdromètre

Tableau 2.5 : Equipements prévus fin 2004

: disponible : non disponible ? : incertitudes liées à la situation politique * LAI, fAPAR, recouvrement biomasse, hauteur, flux de sève, profil racinaire ; * à coordonner avec les activités du programme allemand IMPETUS

ORE CATCH ORE IDAF ORE

PHOTONS

Végétation Cycle eau continental Chimie- Aérosols Aérosols

Site Groupes

fonctionnels Physio* Pluie Ecoule-ments

Nappes: piézo.

Dépôts Emissions

Flux (C,N)

Bilan radiatif

Banizoumbou Voir EOP

Djougou/ Donga * * Voir EOP

Agoufou + 2 Pluviographes

limnis

2 Piézograp;(à confirmer) Voir

EOP

Lamto ?


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2.4.2.5 Priorités pour la préparation à l’EOP

En 2003, la priorité a été mise sur la mise à niveau du Gourma Malien. Une station PHOTONS a été installée à Agoufou (15,2°N), avec l’objectif principal de mettre sur pied un site local intensif. Une première expertise a eu lieu pour déterminer les mesures hydrologiques qui pourraient être mises en place sur ce site. Deux pluviographes ont été installés avec les crédits de l’ORE AMMA-CATCH et l’installation de 4 autres est programmée pour 2003-2004. Un suivi du cycle hydrologique local sera assuré par l’équipement d’une mare et de trois points d’accès à la nappe. Une station IDAF sera mise en place au cours de cette période.

Sur le site de Niamey, un programme d’observation du cycle hydrologique à l’échelle des versants et des petits bassins sera relancé à compter de 2004 sur le super-site de Banizoumbou, prenant ainsi la suite des actions menées dans le cadre de HAPEX-Sahel. La zone étudiée sera celle du kori de Dantiandou qui a fait l'objet d'un suivi hydrométéorologique maintenu depuis 1992, et sur laquelle des travaux de modélisation hydrologique et hydrogéologique encore en cours permettent de bien cerner les mécanismes de renouvellement de la ressource en eau. La station IDAF de Banizoumbou sera complétée en 2004 par de nouvelles mesures atmosphériques afin d’obtenir un bilan complet en terme de chimie des gaz et aérosols dans l’air et dans la pluie incluant l’étude des composants minéraux et organiques (une mise à niveau similaire est prévue sur le site de Lamto). Une station météorologique complète avec bilan radiatif sera également installée.

La priorité suivante concerne l’observatoire de l’Ouémé. Pour satisfaire au critère d’intégration entre mesures hydrologiques et observations de la végétation, un suivi du cycle saisonnier de la végétation serait à développer, en collaboration notamment avec nos collègues allemands du projet IMPETUS qui interviennent déjà sur ce sujet, ainsi qu’avec le CETP pour le suivi par télédétection. La création à Djougou d’une station IDAF et d’une station Photons en ferait le site local intensif de l’Observatoire de la Haute Vallée de l’Ouémé.

On se reportera pour plus de détails sur ces différentes évolutions prévues à la table listant les instruments fournie à la fin de la section EOP.

2.4.3 Observations atmosphériques et océaniques de long terme liées à AMMA

En ce qui concerne l’atmosphère, la première action est de préparer une intensification des radio-sondages dans la perspective de l’EOP (2004-2006). Il est à noter que dans le cadre du projet allemand IMPETUS qui opère sur le haut bassin de l’Ouémé, des radiosondages ont été effectués à Parakou en 2002 et qu’il existe donc une installation en état de fonctionnement. La LOP ne peut devenir le cadre d’opération du réseau de radio-sondages existant (ceci reste du ressort des Directions Nationales de la Météorologie, DMN) mais vise à créer les conditions pour qu’il fonctionne effectivement durant l’EOP. Une réunion du GCOS (Global Climate Observing System) s’est tenue à Niamey en avril 2003, à laquelle a participé un membre du CCMA (A. Diedhiou). Elle doit déboucher sur l’élaboration d’un cadre d’action pour développer un réseau fiable de monitoring du climat sur l’Afrique de l’Ouest.

Les différents sites d’observations intensives décrits plus hauts incluront des stations climatiques dotées de mesures de bilans radiatifs. Rappelons également le projet du CEH de Wallingford pour installer un transect de mesures de flux dans la couche limite sur la fenêtre CATCH, étendu vers le nord jusqu’à la dépression thermique du Sahara. Ce transect fonctionnerait durant l’EOP, puis en s’appuyant sur la formation d’étudiants africains il pourrait continuer d’opérer au delà.

Sur l’océan, un lien solide avec l’ORE PIRATA reste à construire. Une autre action envisagée en liaison avec GCOS (GOOS Africa) est de réhabiliter un réseau de 7 marégraphes, notamment pour


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calibrer et valider les données altimétriques (suivi du niveau de la mer) : Pointe Noire, Sao Tomé, Abidjan, Cap des palmes, Ghana, Nigéria (2). Actuellement un marégraphe est entretenu à Sao Tomé. Une station météorologique sera implantée sur l'île de São Tomé en été-automne 2003 dans le cadre d'EGEE (autorisations obtenues en février 2003), qui fournira les mêmes paramètres météorologiques que les bouées ATLAS de PIRATA pendant toute la durée de AMMA. Il est déjà programmé de remettre en route prochainement les marégraphes de Pointe Noire et d’Abidjan en les équipant de capteurs de salinité. Il existe à l'IRD des marégraphes qui pourraient être utilisés sur les autres sites (à remettre toutefois en état et à réactualiser au niveau des capteurs). Le soutien de AMMA à un tel programme pourrait aider à leur financement (via l’UNESCO ?). Il sera, également en lien avec le GCOS, procédé dans la mesure du possible tout d'abord à un recensement des stations côtières existantes et toujours maintenues, et ensuite à la récupération, au regroupement et à la description de toutes les données issues des stations côtières disponibles. Ce travail est actuellement entamé dans le cadre d'EGEE au LAPA (A.Aman) et au Centre IRD de Bretagne (B.Bourlès) et donnera lieu à la réalisation d'une banque de données côtières qui sera ensuite rendue disponible à la communauté.

2.5 Liens avec les autres composantes AMMA

2.5.1 EOP

Les sites du transect LOP serviront de supports privilégiés pour les mesures de la période d’observation renforcée (2005-2007) : compléments du réseau synoptique de radio-sondages, mesures de flux (énergie, sève, H2O, O3, CO2,…), observations radar, mesures hydrologiques locales, campagnes de traçages géochimiques, physiologie des principaux couverts, étude des émissions naturelles et anthropiques, mesures chimie atmosphérique et climatiques. On se reportera pour plus de détails à la table listant les instruments fournie à la fin de la section EOP.

2.5.2 Satellites

La LOP vise à obtenir une vision régionale des grands bilans atmosphériques ou continentaux. Pour cela, le recours à l’information satellite est indispensable. La période d’étude est propice à la mise en place de dispositifs de validation au sol de certaines missions satellitaires : lancements récents de ENVISAT et MSG, capteur végétation de SPOT, AQUATRAIN. Une collaboration avec les agences spatiales ou les programmes d’exploitation des données satellitaires doit donc être recherchée, sous la coordination du groupe satellite de AMMA. Par ailleurs, il est prévu d’étudier l’évolution de la végétation sur l’Afrique de l’Ouest depuis 1981, année de disponibilité des données NDVI. Ces données demandent cependant à être évaluées et, éventuellement, homogénéisées.

2.5.3 Modélisation

Avec l’information satellite, les outils de modélisation s’avèrent indispensables pour obtenir par le calcul les variables qui ne sont pas observables directement, mais qui sont néanmoins fondamentales, en particulier pour boucler les bilans d’eau (évapotranspiration, humidité du sol, dynamique des stocks souterrains). L’utilisation des données de la LOP pour la modélisation est décrite en section 1.1.3.


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2.5.4 Données historiques

Cette liaison est citée ici pour mémoire, tant les objectifs de ce groupe sont complémentaires de ceux de la LOP. Les équipes impliquées dans les actions qui forment la LOP mènent déjà différentes opérations de sauvetage de données historiques (sur la fenêtre CATCH et le site de Lamto, par exemple). Ces opérations sont un élément essentiel de la collaboration avec nos partenaires africains. L’intérêt dans ce domaine d’un projet tel que AMMA est de fournir un cadre pour rationaliser et élargir nos efforts de sauvetage de données. C’est pourquoi un groupe spécifique a été créé. Les interactions entre le groupe LOP et le groupe données historiques concerne les points suivants :

• liaison avec partenaires africains participant à la LOP (AMMA-NET) • utilisation conjointe de données historiques et de données LOP pour les études diagnostiques • base de méta-données

Par ailleurs, le recensement partiel des données historiques par les équipes les utilisant déjà (tout ou partie) ferait avancer la construction de la méta-base, en particulier pour ce qui touche aux sites de méso-échelle. Ces inventaires existent plus ou moins mais restent à formaliser.

2.6 Moyens à mobiliser.

Quatre rubriques sont à prendre en compte : i) les campagnes de documentation de site ; ii) les équipements ; iii) le fonctionnement récurrent annuel, incluant la jouvence régulière des équipements ; iv) les actions en partenariat sur les réseaux nationaux.

2.6.1 Campagnes de documentation préliminaire des sites de méso-échelle

Un certain nombre de données existent et sont disponibles en ce qui concerne la caractérisation des sites (cartes topographiques, géologique, pédologiques). Certains de ces documents sont cependant à actualiser, telle que par exemple la carte des états de surfaces du degré carré de Niamey de 1992, ou à réaliser (états de surface sur le bassin de l’Ouémé). Ces deux campagnes sont prévues pour 2004.

Une campagne de prospection géophysique pour la caractérisation du sous-sol sur l’Ouémé a été réalisée en 2003. Une campagne géochimique est programmée en début de saison des pluies 2004.

Une mission de prospection préliminaire, centrée sur les caractéristiques hydrologiques et pédologiques a eu lieu en mars 2003 sur le site du Gourma Malien.

Les coûts de ces campagnes ont été, ou seront, couverts par des financements ORE/IRD.

2.6.2 Equipements surfaces continentales

2.6.2.1 Super-sites

Les équipements IDAF et PHOTONS sont en principes financés par les ORE sur les deux années à venir. Une partie des équipements CATCH ont été budgétés dans la demande ORE, mais tous les équipements listés ici n’avaient pas été prévus au départ, la stratégie expérimentale de la LOP n’étant pas encore fixée à l’époque (inclusion de la station de Lamto par exemple). Des financements complémentaires seront donc à trouver. Concernant l’interface sol-végétation-atmosphère aucun équipement n’a été budgété au titre des ORE. Les financements sont donc à trouver, sachant que cet


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effort est avant tout un effort EOP (2004-2006) mais qu’il répond aussi à des besoins essentiels pour les ORE.

2.6.2.2 Méso-échelle

Cette section reste à développer. Deux types d’équipement ont un rôle important à jouer pour l’upscaling des mesures de flux à l’interface sol-végétation-atmosphère : i) un scintillomètre permettant l’estimation intégrée sur un transect des flux de chaleur sensible ; ii) un ensemble de trois stations mobiles de mesures de flux qui seront déplacées pour documenter plusieurs sites (en plus des super-sites suivis en permanence) sur le Gourma, la région de Niamey et l’Ouémé.

2.6.2.3 Régional

Les coûts principaux associés aux études à échelle régionale concernent l’achat de données satellitaires. Sur l’Ouémé, il existe déjà des données achetées par le projet IMPETUS. Ces acquisitions de données satellitaires seront gérées en synergie avec le groupe de travail Satellites.

2.6.3 Fonctionnement récurrent et jouvence d’équipements (surfaces continentales)

Concernant les Observatoires PHOTONS, CATCH et IDAF, les financements pour le fonctionnement récurrent annuel sont en place. La présentation des projets d’ORE par les organismes vaut en principe engagement de soutien pour les 4 années à venir, tant au plan financier qu’au plan des personnels à mobiliser. La jouvence des équipements est assurée en partie dans le cadre de ces financements récurrents. Une autre partie a été demandée au ministère de la recherche dans le cadre des réponses à l’appel d’offres ORE.

Il est à noter que le projet allemand IMPETUS, qui travaille sur le site CATCH-Ouémé (végétation, radio-sondages, hydrologie), est assuré d’un financement jusqu’en 2006, prolongeable jusqu’en 2010.

2.6.4 Liens avec les réseaux synoptiques (jouvence, formation des personnels)

Comme mentionné plus haut, l’observation de long terme de la dynamique atmosphérique se fera essentiellement à l’aide des stations du réseau synoptique (des stations météorologiques avec bilan radiatif étant néanmoins installées sur différents sites CATCH). Il sera donc nécessaire de prévoir un budget pour rénover certains équipements, former le personnel et sécuriser la mise à disposition des données– dans le cadre d’actions de coopération notamment. Cette action se fera en liaison avec le groupe données historiques. Le chiffrage de cette opération reste à réaliser. Des soutiens sont espérés en dehors de la communauté Recherche.


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3.1 Objectifs

Paradoxalement, bien que la communauté française et internationale s’intéresse depuis de nombreuses années à la mousson d’Afrique de l’Ouest et à ses variations à travers ses différentes composantes (circulation atmosphérique, systèmes précipitants, surfaces continentales et océaniques, composition chimique et aérosols, hydrologie continentale), la dynamique de son cycle saisonnier, qui représente pourtant la variabilité dominante de ce système et régit le rythme de vie des populations locales par la modulation de leurs ressources en eau, des rendements agricoles de leurs cultures et de leurs conditions sanitaires, est encore mal connue et mal restituée par la modélisation numérique. Ceci empêche de répondre du mieux qu’il serait possible aux demandes premières de ces populations qui sont : d’une part la prévision saisonnière de la qualité des différentes saisons de pluies, et d’autre part la prévision à moyenne échéance de la mise en place de la mousson et de l’occurrence de séquences sèches au cours de la saison des pluies. Notons que les mécanismes sous-jacents à ces différents phénomènes sont encore mal compris. De plus, les mauvaises performances actuelles des modèles numériques rendent assez incertains les scénarios climatiques proposés pour les 50 ou 100 ans à venir dans le contexte du changement global du climat.

La cause principale de cette déficience de connaissance de la dynamique du cycle saisonnier de la mousson africaine est la sous-documentation de ce système en mesures appropriées, laissant ainsi un certain nombre de mécanismes dans des zones de grande incertitude comme, deux exemples parmi d’autres, le rôle des conditions de surface continentale sur la mise en place de la mousson d’été, ou bien le rôle du contenu en eau des sols sur les effets mémoire inter-saisons. Augmenter cette documentation sur plusieurs cycles saisonniers est nécessaire pour améliorer notre compréhension de certains des mécanismes fondamentaux de la mousson, et est la raison d’être de l’EOP. La spécificité de l’EOP est de « situer entre » la LOP et la SOP, dans la mesure où (1) elle va durer moins longtemps que la LOP mais en associant des moyens de mesures plus importants (réseau de radiosondages renforcé, stations de mesures de flux, radar bande C et bande X, éventuellement radar UHF/VHF et système GPS, camion-labo,… ; voir plus loin), (2) elle disposera de moins de moyens de mesures que la SOP mais assurera une continuité temporelle plus forte et plus longue, s’étirant sur plusieurs cycles saisonniers et permettant de préciser les contextes spécifiques dans lesquels se dérouleront les différentes phases de la SOP.

Les objectifs scientifiques généraux de l’EOP, tels qu’ils sont présentés dans le livre blanc sont : 1. de documenter continûment sur plusieurs cycles saisonniers les conditions de surface

continentale et océanique, la dynamique atmosphérique, la chimie atmosphérique, les flux aux interfaces et le cycle de l'eau continental, des échelles convective à synoptique;

2. d'étudier les effets mémoire d'une saison à l'autre qui dépendent fortement des conditions de surface continentale et océanique;

3 Composante EOP (Enhanced Observing Period)


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A la suite d’une réflexion commune, la communauté française a défini plus précisément les objectifs scientifiques prioritaires et intégrateurs de l’EOP :

(1) quantifier le cycle de d’eau atmosphérique et le bilan d’énergie en surface à l’échelle régionale

au cours du cycle saisonnier

A l’échelle régionale, la dynamique du système atmosphérique de mousson africaine est fortement contrainte par les gradients horizontaux d’énergie statique humide dans la couche limite, gradients d’abord méridiens entre le domaine océanique du golfe de Guinée et le Sahara passant par les zones guinéenne / soudanienne / sahélienne, mais gradients zonaux aussi entre proche Atlantique tropical nord et Afrique de l’Ouest. Ces gradients sont déterminés par les bilans différentiels d’énergie en surface, contrôlés eux-mêmes par les conditions de surface (albédo, humidité des sols, couvert végétal,..), par les flux turbulents de chaleur sensible et latente, et par le cycle de l’eau atmosphérique (transports de vapeur d’eau, précipitations, évaporation/évapotranspiration). La période du printemps boréal qui correspond à la mise en place du système atmosphérique de la mousson (démarrage de la première saison des pluies sur la côte guinéenne mi-avril, mise en place brusque de la mousson d’été fin juin) apparaît comme cruciale car les flux de chaleur sensible y sont dominants au Sahel, les gradients méridiens d’énergie statique humide y sont maximum, et les bilans d’eau s’y différencient significativement entre années de moussons excédentaires et déficitaires. Le rôle de la dépression thermique saharienne (« heat low ») et du cycle diurne apparaît dans ce contexte très important.

(2) comprendre la mise en place des différents types de systèmes précipitants africains au cours du

cycle saisonnier et leur impact sur les régimes pluviométriques des différentes saisons des pluies

Sur la bande sahélienne, environ 90% des précipitations sont produites par des systèmes convectifs de méso-échelle, dont le cycle de vie a déjà fait l’objet d’études qui vont pouvoir être plus détaillées dans l’avenir, avec l’apport du satellite MSG en particulier. Par contre, la distribution et les caractéristiques des autres systèmes précipitants existant sur l’ensemble de l’Afrique de l’Ouest au cours des différentes saisons des pluies sont moins bien connues (nombre, efficacité précipitante, taille, durée de vie, structure,…). Les schémas de la distribution des structures nuageuses au sein de ce que l’on appelle « l’Equateur Météorologique » reste une notion climatologique plus ou moins théorique qui n’a jamais été validée précisément. Par exemple on connaît très mal les systèmes plus stratiformes associés aux « pluies de mousson ».

D’autre part, on connaît encore mal les relations entre le cycle de vie de ces différents types de systèmes précipitants et les conditions environnementales (circulation atmosphérique – flux de mousson, jets, ondes d’Est, intrusions sèches,…-, conditions de surface – bilan radiatif, flux turbulents, contenu en eau des sols,… -) sur l’ensemble du cycle saisonnier. Il faut donc établir des statistiques sur un grand nombre de systèmes précipitants discriminés suivant leur nature, leur zone de propagation et la phase du cycle saisonnier dans laquelle ils se développent, et les croiser avec des données sur l’environnement synoptique et les conditions de surface. Ceci s’applique en particulier à la compréhension des mécanismes liés à la variabilité intra-saisonnière et l’occurrence de phases de renforcement - affaiblissement de l’activité convective sur des périodicités de l’ordre de 2 semaines. Cela concerne aussi la phase de transition brusque lors de la mise en place de la mousson d’été.

Cette répartition spatio-temporelle des différents systèmes précipitants au cours du cycle saisonnier a des conséquences sur le cycle de l’eau continental, en terme de répartition de ces entrées d’eau entre


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les différentes composantes du bilan. Il y a ainsi nécessité de développer une climatologie des précipitations à l’échelle convective (au Sahel par exemple, 50% de la pluie tombe en moins de 5 heures, et 50% de la variabilité spatiale est localisée dans les 30 premiers kilomètres) sur l’ensemble du cycle saisonnier et l’ensemble de l’Afrique de l’Ouest. C’est ainsi que les algorithmes d’estimation de précipitations par satellite fonctionnent relativement bien pour des échelles au moins décadaire et plus sûrement mensuelle sur la zone sahélienne en été mais pas à des échelles plus fines comme l’échelle convective. De plus, il n’est pas possible actuellement de fournir des estimations du même ordre de fiabilité plus au sud et pendant les autres saisons des pluies, là où la nature de la convection et des précipitations produites est différente. On connaît donc mal les impacts de la variabilité des caractéristiques de ces systèmes précipitants sur la variabilité des différentes saisons des pluies, sur le cycle hydrologique continental et les effets mémoire potentiels inter-saisons (voir point 3).

(3) comprendre le rôle des conditions de surface (végétation, contenu en eau des sols, océan) sur les

différentes étapes du cycle saisonnier et sur les effets mémoire inter et intra-saisons

Des analyses statistiques montrent des corrélations significatives entre pluviométrie d’automne sur la région guinéenne et pluviométrie sahélienne de l’été suivant, traduisant la potentialité d’effets mémoire inter-saisons. Un scénario met en avant l’impact des réservoirs d’eau dans le sol sur la zone guinéenne en automne et hiver sur le contrôle des gradients horizontaux d’énergie statique humide au printemps suivant via le développement de la végétation et la régulation des flux turbulents d’énergie. Il est confirmé par l’analyse des données du projet GSWP sur les années 1987-1988, mais il pourrait aussi bien répondre à l’évolution des températures de surface de mer et de la couche de mélange dans le golfe de Guinée. Cette question est ouverte.

Pour y répondre, il faut tout d’abord assurer un suivi à l’échelle locale du cycle saisonnier de la végétation en liaison avec l’évolution du cycle hydrologique continental en différents points d’un axe méridien, et en particulier documenter les dynamiques saisonnières et interannuelles de la végétation (en termes de LAI, biomasse, recouvrement, hauteur, fAPAR pour les trois types fonctionnels de plantes : herbacées annuelles et pérennes, ligneux), du contenu en eau des sols, du bilan d’énergie en surface et des flux d’eau et de dioxyde de carbone échangés entre la végétation et l’atmosphère, puis analyser et modéliser ces variations. Les végétaux prélevant en grande partie l’eau dans les nappes, il faut quantifier ces ponctions en fonction des couverts et du cycle saisonnier, estimer le partage de l’infiltration entre drainage profond et reprise évapo-transpiratoire, et quantifier le retard entre précipitations et écoulement. Ce suivi local réalisé en plusieurs positions du transect climatique méridien de la fenêtre AMMA-CATCH, des mesures à méso-échelle doivent permettre ensuite d’étudier l’intégration spatiale de ces échelles locales ; enfin le passage à l’échelle régionale se fera par l’intégration des données sols et satellitaires et la modélisation (cf chapitres 5 et 6). De plus, le suivi de l’évolution de la végétation depuis l’espace est une opportunité d’essayer d’établir des liens entre cette évolution et les variations de l’état hydrique du sol.

D’autre part, il faut assurer un suivi des conditions de surface océanique (température et salinité) de la couche de mélange (calculs de bilans de chaleur), du bilan d’énergie en surface et des flux turbulents air-mer, dans le golfe de Guinée dans une vision au premier ordre du système de mousson selon un axe méridien, mais aussi sur le proche Atlantique tropical nord car les advections de vapeur d’eau passant au dessus de cette zone s’amplifient lors de la mise en place de la mousson. Le suivi dans le golfe de Guinée permettra aussi de mieux comprendre l’impact de la mousson sur la mise en place et la disparition de l’upwelling équatorial dans cette zone.


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(4) comprendre la variabilité saisonnière et interannuelle de la composition chimique et en aérosols

de l’atmosphère

L’Afrique de l’Ouest représente une zone source importante d’espèces chimiques et d’aérosols qui sont exportées au delà du continent africain. On observe par exemple une tendance multi-décennale positive des contenus atmosphériques en aérosols sur la zone sahélienne. D’autre part, l’impact défavorable de ces aérosols sur la santé des populations est bien connu (facteur favorisant des épidémies de méningite), et il est fortement associé au cycle saisonnier des précipitations. Or jusqu’à maintenant on n’a aucune connaissance du continuum saisonnier des émissions, transports et dépôts des espèces chimiques (O3, CO, NOx, COV…) et des aérosols (aérosols terrigènes et aérosols de combustion) en Afrique de l’Ouest. Il s’agit donc de mieux documenter la climatologie et la variabilité de la composition chimique et en aérosols de l’atmosphère aux échelles saisonnière et interannuelle, de mieux comprendre quels sont les facteurs primordiaux qui contrôlent cette variabilité (régimes des précipitations et humidité des sols, efficacité du transport, évolution des caractéristiques du couvert végétal et des sols, rôle de la pression anthropique), et d’améliorer les paramétrisations dans les modélisations de ces différentes phases d’évolution en diminuant les incertitudes sur les grandeurs utilisées.

3.2 Stratégie d’ensemble

L’EOP s'inscrit dans l'échelle régionale de l'Afrique de l'Ouest (voir la Fig.1 de l’Appendice A sur l’état des lieux du réseau de radiosondages), avec une priorité au renforcement de transects méridiens et zonaux (échelle sous-régionale), en se concentrant sur les sites méso-échelle définis dans la LOP et en s’appuyant sur un renforcement des réseaux d’observations opérationnels, voire en implémentant de nouveaux sites. Ainsi l'effort doit être porté :

• sur la fenêtre CATCH le long de la direction méridienne centrée sur 2.5°Est pour suivre le gradient de précipitations et de végétation, en renforçant les sites existants et en étendant les mesures vers le Nord pour appréhender la zone de la dépression thermique saharienne et vers le Sud sur le golfe de Guinée, ceci pour suivre l'évolution complète en latitude du système de mousson sur l'ensemble de plusieurs cycles saisonniers;

• dans la direction zonale sur un transect localisé vers 12.5°N pour documenter l'évolution des systèmes convectifs de méso-échelle, des ondes d'Est et du Jet d'Est Africain, des émissions et transports d’aérosols, avec une extension possible sur l'océan au large de la côte africaine.

D’autre part, l’EOP fournira des mesures de validation pour la modélisation et le développement d’algorithmes satellitaires, tout en s’appuyant sur ces outils et ces mesures de télédétection pour accéder à des variables non mesurables, et pour passer de mesures à l’échelle locale vers une intégration spatiale à l’échelle régionale.

La stratégie des mesures EOP doit permettre d’intégrer les objectifs scientifiques prioritaires définis plus haut par des packages d’instrumentation apportant des mesures utiles simultanément à plusieurs de ces objectifs. Pour cela il faut s’appuyer sur les sites déjà établis (réseaux opérationnels et sites dédiés à la LOP) et tenir compte des possibilités matérielles locales de renforcement et de l’existence de personnels compétents et présents sur la durée de l’EOP.


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L’EOP doit donc se construire dans le cadre d'un réel partenariat avec les équipes et les personnels africains pour assurer le maintien en continu des mesures durant cette période. Contrairement à la SOP, l’EOP possède une durée minimale suffisante pour stimuler la formation sur le terrain de personnels africains et permettre une prise en charge progressive de certaines de ces instrumentations (réalisation et exploitation des mesures). La mise en place et le fonctionnement du réseau AMMA-NET constituera un point d’appui important. L’EOP devra aussi démontrer l'utilité de l'apport de moyens renforcés de mesures afin d’en stimuler leur pérennisation. Cette action se fera en coordination avec les actions prévues dans ce cadre dans la LOP.

La SOP étant maintenant programmée durant la saison de mousson 2006, il est proposé d'implémenter l’EOP sur les années 2005-2007, permettant une phase de mise en place partielle en 2004, une phase principale en 2005 et en 2006 soutenant la SOP, et si possible une phase de prolongation en 2007 soutenue en priorité par les équipes africaines.

3.3 Dispositif expérimental

L’ensemble des mesures spécifiques à l’EOP est présenté dans l’organigramme de la page suivante.

3.3.1 La composante atmosphérique

Radiosondages L’existence d’un réseau de radiosondages bien distribué sur l’Afrique de l’Ouest est clairement

une des plus fortes priorités de l’EOP. Il est en effet indispensable de pouvoir quantifier au mieux les transports de vapeur d’eau et leurs impacts sur le bilan du cycle de l’eau à l’échelle régionale, ce qui est actuellement mal représenté dans les analyses et les modèles de prévision. D’autre part, un certain nombre de centres d’actions et jets atmosphériques sont aussi insuffisamment ou mal documentés (voir la Fig.2 de l’Appendice A sur l’état des lieux du réseau de radiosondages) : (1) les entrées de mousson par le Sud dans les basses couches ne permettant pas de connaître précisément leurs fluctuations ni la dynamique couplée océan-atmosphère dans cette zone de transition terre-mer ; de même les entrées de mousson par la côte Ouest (Guinée) ne sont absolument pas documentées (2) les advections d’air en amont du domaine régional dans les couches moyennes venant de l’Est et du Nord-Est, limitant notre connaissance sur cette zone de formation du Jet d’Est Africain et d’initiation des ondes d’Est, ainsi que le rôle potentiel des interactions entre latitudes moyennes et latitudes subtropicales (intrusions d’air sec) et l’impact possible d’anomalies océaniques du bassin Méditerranéen, (3) le suivi de ce jet et de son activité ondulatoire jusqu’à la côte Ouest nécessite un échantillonnage spatio-temporel dense à la fois zonalement et sur un transect méridien pour le suivi de sa mise en place au cours du cycle saisonnier),


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EOP AMMA

Systèmes précipitants

Hydrologie continentale

Surface conti-nentale et flux

Chimie atmosphérique

Océan et flux

Dynamique atmosphérique

Radiosondages Pilots

Axe Transversal : Mesures satellitaires ; Modélisation et assimilation

Campagnes EGEE

Sodar-UHF /RASS-VHF

Site de mesure composition

chimique

Inventaires d’émission

Aérosols désertiques

Camion-labo

Réseaux pluvio

Radars C et X

Bouées PIRATA Stations de flux Géochimie

Mesures de l’eau du sol

Dynamique de la végétation

Mesures météo

GPS

Analyses isotopiques

Campagnes géophysiques

Profileurs PROVOR

Station météo Sao Tomé


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(4) la zone de la dépression thermique saharienne (« heat low ») qui semble jouer un rôle fondamental sur le cycle saisonnier de la mousson africaine. Enfin le quadrilatère Tamale-Niamey-Minna-Cotonou/Lagos avec un point central à Parakou, indispensable pour des calculs de bilan d’eau plus précis sur cette zone, ne fonctionne actuellement qu’avec Niamey ; Parakou initialement maintenu par le programme IMPETUS durant l’été seulement, n’est plus financé actuellement. L’appendice A fournit des informations complémentaires sur l’état du réseau de radiosondages.

L’appendice A décrit plus en détail quelles sont les stations actuellement équipées et leur niveau opérationnel, ainsi que l’articulation entre EOP et SOP dans ce domaine. En particulier, la fréquence devra être d’un radiosondage par jour (12UTC) entre Mars 2005 et Octobre 2007 et de deux radiosondages par jour (00UTC et 12UTC) entre Mars 2006 et Octobre 2006. Durant la SOP il sera nécessaire d’assurer 4 radiosondages par jour pour certains sites durant les phases intensives. La liste donnée ci-dessous donne un premier aperçu des actions à envisager en 2004, on se reportera là aussi à l’appendice A pour plus de détails.

Les besoins prioritaires :

Priorité 1 (indispensable)

• Assurer la fréquence sur les sites qui fonctionnent actuellement équipés • Remettre en fonctionnement le site d’Abidjan (cadre WMO/GCOS) • Equiper le site de Cotonou, prévu sur financement ACI Climat • Mettre à niveau de Tamale au Ghana (Service météo de ce pays fonctionne bien) • Mettre en place d’un site de radiosondage à Minna (Nigéria) : opération qui va demander

beaucoup d’investissement (contacts en cours avec Vaisala et correspondants AMMA au Nigéria)

• Mettre en place un site complémentaire sur la zone Gao-Tombouctou • S’assurer que le site de Parakou puisse être à nouveau financé (Financement allemand)

Priorité 2 (intéressant)

• Mise en place d’un site de radiosondage à Conakry (problèmes de consommables) • Considérer le renforcement du réseau pilot (la qualité des profils de vents semble bonne)

Mode de financement

On recherche un soutien auprès du GCOS, CAS/WWW (OMM) et à travers le programme français FSP (MAE), compte-tenu du fait que le GCOS soutient depuis 2003 officiellement le programme AMMA. Une réunion doit être organisée avec l’OMM pour définir les modalités concrètes de ce soutien. Des soutiens potentiels existent coté UK pour la SOP sur un site (Gao/Tombouctou) et coté allemand (programme IMPETUS).

Sodar-UHF/RASS-VHF

Au delà d’un réseau de profils bi-quotidiens de radiosondages, il apparaît intéressant de mettre en place deux point de mesures en continu combinant Sodar-UHF/RASS-VHF, de façon à documenter à deux latitudes différentes la progression saisonnière de l’ensemble du système atmosphérique de


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mousson entre la surface et 20 km d’altitude (transports dans la couche de mousson, jets d’Est de couche moyenne et de haute troposphère), les interactions avec les systèmes transitoires (ondes d’Est et systèmes convectifs de méso-échelle) et la turbulence dans la couche limite et dans les zones de cisaillement, enfin de suivre en parallèle le rôle du cycle diurne, très important dans ces régions, aux différentes étapes du cycle saisonnier (en particulier l’activité de la circulation horizontale et verticale de la dépression thermique saharienne et les fluctuations en latitude du FIT séparant vents de mousson et vents d’harmattan, ainsi que les effets de brise plus au sud). De plus, ce système, co-localisé avec un site de radiosondage, informe sur le contexte temporel plus large dans lequel les profils de radiosondage sont effectués.

Deux sites ont été sélectionnés, car situés dans la zone principale d’intérêt le long du transect méridien de la fenêtre CATCH et pour lesquels du personnel scientifique local est présent et pourrait s’investir dans le fonctionnement de ces systèmes sans trop de problème : Niamey et Parakou. Niamey apparaît comme une première priorité dans la mesure où sa position plus au Nord permet un meilleur suivi à la fois de la circulation du « heat low » saharien, de la progression saisonnière et des fluctuations diurnes et intra-saisonnières de la position en latitude du FIT, du jet d’Est Africain, des ondes d’Est et des systèmes convectifs durant la mousson d’été. Il semble que dans la proposition UK l’apport d’un second système Sodar-UHF/RASS-VHF puisse être réalisé, mais pour la SOP seulement, ce qui permettrait quand même de couvrir les deux latitudes en le situant à Parakou.

D’autre part il est possible, si nécessaire, de définir en première priorité le système Sodar-UHF/RASS (jusqu’à 3 km), et en seconde priorité le système VHF (dont la puissance doit être renforcée pour monter jusqu’à 20 km d’altitude), puisqu’AMMA s’intéresse fortement aux interactions surface-mousson, mousson – jet d’Est Africain – ondes d’Est, et au rôle du « heat low », mais avec un manque de couverture verticale au-dessus de 3 km qui peut être gênant.



- Un système Sodar-UHF/RASS-VHF à Niamey.

Priorité 3 (optionnel)

- Un second système à Parakou.

Mode de financement

A définir. Soutien potentiel UK pour la durée de la SOP sur un site.

GPS

Face à la sous-documentation chronique du cycle de l’eau atmosphérique au dessus de l’Afrique de l’Ouest, un réseau GPS peut permettre d’améliorer substantiellement notre connaissance et de documenter la variabilité de l’humidité atmosphérique de la méso-échelle jusqu’à l’échelle interannuelle. Bien que le GPS ne fournisse qu’une mesure de la colonne d’eau intégrée sur la verticale, cette information est disponible plus fréquemment (1 à 3 h) que les radiosondages. Cette méthode est performante, peu coûteuse et donc propice à une exploitation opérationnelle. Une assimilation 4D-Var de ces colonnes d’eau ainsi que d’autres observations (satellites en particulier avec les canaux vapeur d’eau de MSG et réseau AERONET dans le cadre du projet PNTS mené par M. Vespérini) peut fournir une analyse beaucoup plus fine de la structure spatiale et temporelle du


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champ de vapeur d’eau à la clé de la mousson. Par ailleurs cette mesure donne accès également directement à une partie du bilan hydrique et énergétique à l’échelle régionale et saisonnière. Signalons également que cette mesure peut être exploitée pour la prévision : ses applications peuvent donc aussi concerner l’opérationnel, objectif prioritaire pour les pays africains.

Fig. 3.1 : Développement d’un réseau GPS synoptique

Quatre sites GPS existent en Afrique de l’Ouest (réseau IGS ; Franceville et Libreville au Gabon, Yamoussoukro en Côte d’Ivoire et l’île du Cap Vert ; voir Fig.3.1). Seules les stations Franceville et du Cap Vert sont équipées des capteurs météorologiques nécessaires à la détermination de la vapeur d’eau. Cependant ces informations ne sont disponibles que pour une période courte (7 jours). La mise en place d’un réseau synoptique tel que représenté sur la Fig.3.1 suivant une section méridienne et une section zonale permettrait de caractériser la variabilité de la vapeur d’eau et ses interactions avec le flux de mousson durant ses différentes phases d’évolution, le rôle des gradients et advections zonaux aux échelles intra-saisonnières, la dynamique de la vapeur d’eau aux échelles diurnes et son influence sur l’occurrence et l’efficacité pluviométrique des systèmes convectifs dûs aux gradients terre–mer zonaux en zone sahélienne et méridien en zone guinéenne.

Du fait de problèmes spécifiques aux tropiques, des études de faisabilité sont cependant nécessaires. Une campagne de 3 mois est prévue en automne 2003 sur plusieurs aéroports africains gérés par l’ASECNA. Nous suivrons les résultats obtenus pour déterminer les orientations nécessaires à prendre. Concernant l’EOP, la première priorité est l’installation et le test d’une première station GPS, vraisemblablement à Niamey. La question de la mise en place d’un réseau qui puisse fonctionner durant l’EOP et contribuer à l’estimation du bilan du cycle de l’eau est posée. Bien que difficilement réalisable dans les délais au niveau français pour l’EOP (mais envisageable dans le cadre LOP), la

Mbour Niamey

Fenêtre

CATCH

Cap-Vert (PGPSF)

Yamoussoukro (JPL)

Libreville (CNES)

Franceville (JPL)


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priorité devrait être donnée à la réalisation du transect méridien Cotonou-Niamey (colocalisation avec les sites déjà identifiés où un personnel qualifié est présent) afin d’évaluer plus précisément les fluctuations de pénétration du flux de mousson au cours du cycle saisonnier. L’évaluation des gradients d’humidité le long de l’axe zonal sahélien ne doit pas être négligée vis à vis de la compréhension de l’évolution saisonnière de la mousson, en particulier au cours de sa mise en place relativement brusque, ainsi que des interactions avec les systèmes convectifs, mais l’équipement de cet axe zonal possède une priorité moins forte que celui de l’axe méridien.

Un financement de type mi-lourd INSUE est envisagé pour l’achat de matériel (récepteur bifréquence, antenne et PC).



• Un système GPS à Niamey.

• Extension sur l’axe méridien « Cotonou-Niamey » (3 ou 4 sites supplémentaires) Priorité 3 (optionnel)

Extension sur l’axe zonal sahélien

Mode de financement

A définir (INSUE, MAE, 6ème PCRD, … )

3.3.2 La composante systèmes précipitants

Le suivi des systèmes précipitants et de leurs impacts sur la distributions spatio-temporelle des précipitations au cours du cycle saisonnier nécessite une forte association entre mesures de précipitations sol conventionnelles à l’échelle régionale et sur les sites de méso-échelle instrumentés, du réseau de radars, et des mesures de télédétection par satellite.

Pluviomètres Une première action est de s’assurer de pouvoir rassembler les mesures de précipitations

conventionnelles qui seront réalisées sur l’ensemble de la fenêtre régionale durant l’EOP, en collaborations avec les divers services nationaux et régionaux africains gérant ces données et impliqués dans AMMA. Cette composante servira d’appui au développement de nouveaux algorithmes satellitaires ainsi qu’au développement d’une approche LDAS (voir plus loin). Cette action sera appuyée tout ou partie dans le cadre de la LOP (voir chapitre LOP), avec une priorité portée sur le transect méridien de la fenêtre CATCH et sur le transect zonal sahélien des pays du CILSS géré par AGRHYMET.

Radars

Une autre action importante est la définition d’un ensemble de moyens radar prioritaires durant l’EOP pour le suivi saisonnier et la caractérisation des systèmes précipitants, ainsi que pour une meilleure estimation des champs de précipitations. Deux types de radar sont concernés.

D’une part, le LTHE développe un radar météorologique bande X polarimétrique,- X-Port - destiné à l’observation à échelle spatio-temporelle fine des systèmes précipitants et à l’estimation des lames d’eau. X-Port sera installé au sein de l’observatoire CATCH dans le haut bassin de l’Ouémé au Bénin,


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où il offrira une bonne couverture du bassin de la Donga par ailleurs bien équipé d’un réseau de mesures hydrologiques. L’instrument doit être opérationnel sur site à partir de juin 2004 et pour plusieurs années afin d’acquérir une longue série d’observations de la structure tridimensionnelle à échelle fine des systèmes précipitants et d’en documenter la variabilité. Les paramètres polarimétriques (phase et amplitude) mesurés par X-Port permettront d’accéder à une description détaillée du type d’hydrométéores et des spectres granulométriques, des observations utiles pour valider les paramétrisations des modèles atmosphériques ou celles des algorithmes satellitaires . Des études préliminaires sont en cours pour évaluer la qualité des mesures de pluies attendue en contexte tropical à partir de ce capteur et en particulier la capacité des algorithmes polarimétriques pour corriger l’atténuation, sévère en bande X. Les radars bande X, avantageux en terme de coût représentent en effet une solution intéressante pour les pays en voie de développement et AMMA offre un bon cadre pour leur évaluation.

D’autre part, il faut considérer la possibilité d’utiliser certains radars opérationnels (bande-C) gérés par les DMNs. Le groupe de travail de la SOP demande à pouvoir s’appuyer en priorité sur 4 radars : (1) Niamey, Bamako ou Ouagadougou, Dakar pour un suivi zonal des systèmes convectifs ; (2) Abidjan pour caractériser la variabilité en latitude. Ce choix cadre aussi avec les objectifs de l’EOP suivant une concentration de moyens le long d’un transect méridien et du transect zonal sahélien assurant des mesures en continu sur l’ensemble des cycles saisonniers. On peut fixer une priorité plus précise en se réduisant à un ou deux radars sur la bande sahélienne et un radar plus au sud afin de pouvoir échantillonner la structure de l’ensemble des systèmes précipitants passant en Afrique de l’Ouest au cours de l’année, et de généraliser les méthodes statistiques d’estimation de précipitations par radar déjà existantes. Abidjan pour la partie Sud (radar à peu près en état ; l’acquisition doit être aménagée ; mesures par disdromètre réalisées), Dakar pour la zone de transition continent-océan sur le Sahel (révisé en 2001 ; mesures par disdromètre réalisées), et un site sahélien continental à choisir entre Bamako (radar à numériser), Ouagadougou (radar récent mais dont les données ne sont pas facilement accessibles car il est géré par des militaires dans le cadre d’une opération de pluie provoquée) ou Niamey (révision nécessaire ; problème vis à vis de la nouvelle tour de contrôle mal placée ; le plus proche de la zone CATCH ; mesures par disdromètres réalisées).

L’ASECNA n’a pas dans ses priorités de faire de nouveaux investissements sur ses radars dans les années qui viennent, les remises à niveau devant donc être financées par ailleurs, mais ils sont prêts à assurer la maintenance. Il est nécessaire de renforcer la sensibilisation et d’impliquer les équipes africaines dans l’acquisition de ces mesures (il existe déjà un fort intérêt de la part des équipes à Abidjan et Dakar), et il faut donc prévoir des financements spécifiques sous forme de compléments de salaire pour la durée des collectes de données (DSF/IRD ?), prévoir une formation pour le personnel de maintenance de l’ASECNA et pour les chercheurs africains qui utiliseront ces données. D’autre part le NCAR propose de mettre à disposition durant la campagne un système antenne/acquisition permettant de renforcer les capacités des radars opérationnels en Bande C. Des contacts plus approfondis doivent être pris avec cette communauté US.



• Radar X-Port associé au réseau dense de pluviographes sur le bassin de la Donga

• Deux radars bande C qui existent mais mise à niveau nécessaire (Abidjan et Dakar) Priorité 2 (intéressant)


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Un autre radar sahélien continental (Niamey ou Ouagadougou ou Bamako). Un radar neuf a été installé à Ouagadougou sur crédits US.

Priorité 3 (optionnel)

Compléter le transect zonal sahélien Mode de financement

Pour X-port : IRD programme + ORE (90%) ; PATOM, UREF, autres pour le complément. Pour Radar opérationnel bande C : à définir.

Satellites

Une autre action sera de développer de meilleurs algorithmes d’estimation de précipitations par satellite (instantanées et cumulées) permettant de définir au mieux, en combinaison avec les mesures sol et les mesures radar, les champs de précipitations sur la fenêtre régionale qui serviront, entre autre, de champs de forçage pour les modèles SVAT dans l’analyse des interactions surface-atmosphère (voir plus loin). On considèrera les produits existants (GPCP, TAMSAT, EUMETSAT,…), la mise au point d’indicateurs avec MSG, ainsi que la combinaison avec les produits micro-ondes. C’est un objectif qui est dévolu au groupe de travail « Précipitations » coordonné par M. Desbois (LMD) qui s’est réuni pour la première fois récemment.

L’outil satellitaire va être aussi une source d’informations très importante pour la caractérisation et l’évolution saisonnière à différentes latitudes des structures nuageuses (classifications nuageuses et statistiques sur le suivi des systèmes convectifs et leur cycle de vie avec METEOSAT et MSG, structure tri-dimensionnelle de la couverture nuageuse avec CALIPSO et CLOUDSAT) et leur association avec l’analyse de leur structure et efficacité pluviométriques (radars), pour la structure des champs de vapeur d’eau (projet PNTS de M. Vespérini), les vents-nuages à différents niveaux d’altitude, les flux radiatifs au sommet de l’atmosphère (CERES, GERB) et à la surface (CERES et expertise Lannion, nécessitant des mesures sol de validation). La base de données AMMA-SAT (et ICARE) permettra de récupérer l’ensemble des produits existants et de participer au développement de nouveaux produits. Certains de ces produits devront pouvoir être assimilés pour des objectifs divers (champs de forçages pour les SVAT, initialisation de modèles à méso-échelle,..). Il faut aussi prévoir une composante assurant la récupération d’un certain nombre de données en temps quasi-réel.

3.3.3 La composante surface continentale et interactions avec l’atmosphère

La stratégie générale de suivi des variations saisonnières et interannuelles de la végétation (en termes de LAI, biomasse, recouvrement, hauteur, fAPAR pour les trois types fonctionnels de plantes : herbacées annuelles et pérennes, ligneux), du contenu en eau des sols, du bilan d’énergie en surface et des flux entre sol/végétation et l’atmosphère est organisée autour de trois sites de méso-échelle le long du transect méridien Haute vallée de l’Ouémé – degré carré de Niamey – Gourma Malien, avec sur chacun de ces sites un super-site : Djougou (9°N), Banizoumbou (13°N) et Hombori (15°N). Il est prévu une extension vers le Nord du site méso-échelle du Gourma jusqu’à 18°N. A ces super-sites s’ajoute celui de Lamto mais la situation actuelle ne permet pas pour l’instant d’envisager un suivi longue durée.

L’objectif dans le cadre du suivi à long terme de la LOP est d’homogénéiser les équipements sur les trois super-sites pour avoir un protocole similaire de mesures sur la végétation. Le super-site de


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Hombori par exemple est équipé de mesures micro-météorologiques, de bilan radiatif complet, d’humidité des sols (par sondes capacitives), et d’une station AERONET et d’une station IDAF (prévue).

La stratégie associée à l’EOP est de renforcer les mesures à méso-échelle et à l’échelle locale, l’échelle régionale étant a priori couverte par la LOP (observation satellitaire). A méso-échelle, il s’agit de renforcer les équipements (stations de mesures automatiques d’humidité des sols, station micro-météo mobile) pour les différents types de surface, renforcement du nombre et de la fréquence des mesures sol, renforcement des observations par satellite (SPOT tous les 10 jours, LANDSAT tous les 15 jours), afin de servir de cadre pour l’assimilation de données, la spatialisation et la validation. Ces besoins restent à définir plus précisément. A l’échelle locale, il s’agit d’installer des stations de mesures de flux turbulents (collaboration envisagée avec le CEH de Wallingford pour l’installation de stations de mesures de flux sur les super-sites), des capteurs de flux de sève (arbres), des chambres de flux portables, des capteurs PAR (phénologie), pour des mesures de la dynamique racinaire et des mesures éco-physiologiques, afin de valider des modèles de végétation. Là aussi, ces besoins restent à définir plus précisément. D’autre part le groupe IMPETUS a une station de flux (méthode de Bowen) en place pendant 3 ans (jusqu’en Avril 2006). Enfin une collaboration avec le Danemark qui dispose d’une station de mesure de flux au Sénégal pour 2003 est à étudier pour prolonger ce type de financement (DANIDA). Le CEH de Wallingford est fortement impliqué sur cette opération. Ils vont soumettre une proposition de mise en place de 10 stations complètes (une déjà acquise ; mesures directes de flux de chaleur sensible, vent, température et humidité de l’air, bilan radiatif à la surface, humidité du sol, nappes, et mesures indirectes de flux de chaleur latente, albédo, hauteur de rugosité, résistance de surface à l’évaporation) pour la durée de l’EOP le long du transect méridien afin d’échantillonner la région de forêt tropicale (2 stations), la région soudanienne (3 stations), la région sahélienne (3 stations) et la région désertique (2 stations).

Des campagnes spécifiques à une meilleure documentation du cycle hydrologique continental à l’échelle du bassin versant sont aussi programmées dans le cadre de l’EOP ; en zone soudanienne : campagnes géophysiques pour caractériser la dynamique des aquifères et la géométrie des réservoirs, traçages géochimiques pour estimer l’origine des eaux et les temps de transferts, suivi temporel par satellite des zones inondées ; et en zone sahélienne : traçages géochimiques pour déterminer l’importance du drainage profond sous les zones d’épandage, évaluation de la gravimétrie par satellite (GRACE) pour le suivi de l’évolution temporelle des nappes.

Cependant plusieurs questions se posent encore : (1) La définition du nombre minimum nécessaire de points de mesures de flux et de mesures

d’humidité du sol en continu. Concernant les mesures de l’humidité des sols, on ne cherche pas la précision d’une valeur absolue représentative, a priori non atteignable, mais en priorité à obtenir des évolutions temporelles continues permettant le suivi des variations au cours du cycle saisonnier. Les interactions entre contenu en eau des sols et flux d’évapo-transpiration dépendant en partie de la profondeur racinaire de la végétation, il faudrait avoir un site de mesures par classe de végétation (trois sur la zone sahélienne, à définir sur la zone soudanienne : une cartographie des couverts du haut bassin de l’Ouémé est programmé avant l’EOP). Cette question est à approfondir dans le cadre de la stratégie de modélisation de l’humidité des sols (cf section 6 Modèle de ce document); voir aussi point (4)), le CEH de Wallingford, et avec les développeurs d’algorithmes satellitaires.

(2) De même, les trois sites de méso-échelle sont-ils suffisants pour décrire correctement l’échelle sous-régionale du transect méridien ou doit-on prolonger ce transect, au sud de Djougou (Save ?) que


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l’on instrumenterait avec des mesures réduites climatologiques et d’humidité des sols ? Vers le Nord, la question est moins cruciale dans la mesure où le site du Gourma malien doit être étendu vers le Nord jusqu’à 18°N. Ces trois sites peuvent sembler a priori assez nombreux pour la validation satellitaire, et l’installation d’un quatrième site au sud en zone de forêt n’est peut être pas nécessaire (à voir aussi avec le groupe du CEH Wallingford).

(3) Le problème du personnel disponible pour assurer pendant la durée de l’EOP et sur l’ensemble des trois sites de méso-échelle des mesures qui sont exigeantes de ce point de vue. Cela représente pourtant un intérêt prioritaire pour l’EOP, de par l’échantillonnage sur le transect méridien qui permet le suivi du cycle saisonnier de la mousson et de ses interactions avec les conditions de surface continentale (végétation, contenu en eau des sols, flux). En particulier le manque d’écologues fonctionnels en France investis dans AMMA est un point bloquant. Il va falloir résoudre cela en prospectant à l’échelle européenne (programme IMPETUS, équipes en Hollande et au Danemark ?). Ce problème du personnel est à chiffrer rapidement, en particulier pour les supports techniques de l’IRD (expatriations).

(4) La mise en place d’une approche de type LDAS (Land Data Assimilation System, voir Chapitre 6 pour détails) à travers des modèles SVAT permet d’obtenir les impacts à la surface avec un dispositif relativement simple. En utilisant un ensemble de paramètres atmosphériques observables pour forcer les SVAT, il sera possible de suivre les conditions de surface à grande échelle qui pourront être comparées aux observations in-situ et satellitaires. Même si la qualité des SVAT et des données de forçage limitent la validité des états de surface ainsi produits, un système de type LDAS permet au moins d’exploiter les complémentarités entre les différentes observations et de vérifier leur compatibilité. Pour mettre en place un système LDAS, il faut disposer de la température, de l'humidité et du vent à un niveau de référence proche de la surface. Il faut aussi connaître les flux radiatifs et les précipitations. Ces données sont nécessaires au moins toutes les 6 heures afin de pouvoir reconstituer un cycle diurne. La méthode qui est proposée ici est la même que celle utilisée dans d'autre régions et consiste de partir des analyses atmosphériques et d'y corriger toutes les variables pour lesquelles des observations in-situ ou satellitaires sont disponibles. Pour les précipitations, qui est la variable clé dans cette région, il est proposé de travailler ensemble avec le groupe de travail AMMA-Pluie (coordonné par M. Desbois) afin d'obtenir la meilleure estimation possible. Les flux et les états de surface produits par les SVAT utilisés pourront alors être comparés, dans la limite de la résolution du modèle, aux observations. Nous privilégierons les observations sur les transects méridiens et zonaux car ils permettent de valider les transitions hydrologiques et écologiques induites par le climat dans la région. La validation par les observations satellitaires sera un point fort vu que ces données seront à terme assimilées dans les SVAT. Cela signifie aussi d’avoir des données synoptiques et climatologiques de bonne qualité, au moins sur la fenêtre CATCH et le transect zonal sahélien ; la couverture spatiale de ces données est satisfaisante sur ces transects, mais il existe en dehors de larges zones sans information transmise. La qualité des mesures reste à vérifier soigneusement car le matériel utilisé est souvent ancien. Enfin l’effort de récupération de ces données sur la durée de l’EOP sera certainement important et nécessitera des financements spécifiques à définir. Cette action pourra être soutenue dans le cadre de la LOP par des actions similaires prévues sur un domaine temporel plus large (voir chapitre LOP).



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• Constituer les champs de variables de forçage (précipitations, flux radiatif) à l’échelle régionale avec les mesures de précipitations in-situ combinées aux algorithmes d’estimation de précipitations, les estimations de flux radiatif par satellite

• Constituer les champs de variables météorologiques classiques (température et humidité de l’air, vent)

• Mesures in-situ de bilan radiatif de surface sur les 3 super-sites

• Constituer les champs physiographiques (états de surface)

• Renforcer les mesures d’humidité des sols sur les 3 sites à méso-échelle pour les différents types de végétation ; stations micro-météo mobiles

• Renforcer les observations par satellite à méso-échelle (SPOT, LANDSAT)

• Installation de mesures de flux sur les 3 super-sites, capteurs de flux de sève, capteurs PAR, chambres de flux portables, pour les différents types de végétation

• Eventuellement mesures isotopiques pour partitionner évapotranspiration sol/végétation

• Hydrologie continentale : campagnes géophysiques, traçages géochimiques, suivi par satellite


• Station de mesures réduites sur des sites complémentaires comme Save au Bénin ?

• Quels investissements complémentaires sur la station de Lamto ?

Mode de financement

FSP, PNRH, PNEDC, PNTS,CNES

3.3.4 La composante océanique

Le suivi sur plusieurs cycles saisonniers des conditions superficielles et sub-superficielles dans le Golfe de Guinée est une des principales motivations scientifiques des campagnes EGEE (PI B. Bourles). Outre l’analyse conjointe de différents types de données (mesures in-situ, satellitaires, résultats de modèles numériques) afin de comprendre notamment les processus responsables de la variabilité des couches supérieures océaniques influant sur les flux à l’interface océan-atmosphère, ce projet vise à réaliser deux campagnes océanographiques par an – pour deux saisons opposées – pendant une durée de trois ans (2005-2007, soit trois années successives sur la durée du programme AMMA), afin de dissocier au mieux l’aspect saisonnier de l’interannuel dans la variabilité mesurée. Ces campagnes sont prévues en mai-juin (mise en place de l’upwelling équatorial et phase de déclenchement de la mousson africaine) et en octobre-novembre (conditions opposées).

Les mesures qui seront systématiquement acquises « en continu » tout le long de la campagne sont :

• Courants de surface et subsurface (par ADCP de coque). • Température et salinité de la surface de la mer (thermosalinographe). • Paramètres de navigation (positionnement par GPS). • Paramètres météorologiques (station météorologique du navire).


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• Lâchers "en route" de sondes XBT entre les stations hydrologiques, tous les 1/2 degré de latitude/longitude environ, prélèvements réguliers d’eau de mer de surface pour l’analyse de la salinité de surface (comparaison/calibration des mesures de conductivité du thermosalinographe), de sels nutritifs et de paramètres du cycle du carbone (pour obtenir une estimation réaliste des flux air-mer de CO2), mesures à partir d’échantillons d’air de méthane -CH4-, hexafluorure de soufre -SF6- et protoxyde d’azote -N2O-, et isotopes stables de carbone inorganique total dissous (C13) et de l’eau (O18).

• Profils "en station" de CTD-O2 tous les 1/2 degrés et prélèvement d’échantillons d’eau de mer à différentes profondeurs (analyse des paramètres S et O2; calibration de la sonde).

• Mesures du contenu en vapeur d’eau à l’aide d’un photomètre manuel portable. Il est envisageable d’ajouter des mesures de flux radiatifs descendants pour valider les estimations

de bilan d’énergie par satellite. Les personnes impliquées sont au LEGOS (Bourles, Chuchla, Eldin, du Penhoat, Maes, Servain,

Marin), au LODYC (Lazar, Provost, Andrié, Arnault, Pierre), au LBCM (Metzl) et au CNRM (G. Caniaux, PI du groupe de travail sur les flux ocean-atmosphère). L'ensemble de ces actions sont programmées jusqu'en 2007 et ont fait l'objet de demandes de financement, qui sont détaillées dans plusieurs soumissions de projet au PATOM, PNEDC, et à la commission OPCB.

A ces campagnes en mer, s’associent dans le cadre de la LOP des mesures de mouillage (réseau PIRATA), des mesures du réseau de navires marchands volontaires équipés (XBT et thermosalinographes, maintenus par l’IRD), de marégraphes à Sao Tomé (en place) et Pointe Noire (prévu), l’installation en 2003 d’une station météorologique à Sao Tomé, ainsi que des lâchers de bouées dérivantes SVP et profileurs PROVOR dans le golfe de Guinée. Concernant les bouées PIRATA, le maintien de la bouée à 0°W/Eqt est indispensable durant l’EOP malgré les difficultés inhérentes au vandalisme . Ce maintien est prévu jusqu’à la fin de la phase de consolidation du réseau PIRATA en 2005, et est assuré jusqu’en 2007 mais sans les mesures météorologiques excepté pendant la SOP ; le maintien de ces mesures météorologiques au delà de la SOP permettrait pourtant une estimation des flux turbulents par méthode bulk en continu sur plusieurs cycles saisonniers. Il est d’autre part envisagé la mise en place d’une bouée de même type pendant la SOP3 au large de Dakar. Son maintien au delà de la SOP3 serait aussi un point intéressant pour une meilleure connaissance de la variabilité des interactions océan-atmosphère sur ce bassin océanique associée au cycle saisonnier de la mousson africaine. Notons enfin l’existence d’un bateau océanographique ancré à Dakar et inutilisé jusqu’à maintenant. Il pourrait servir pour des campagnes au large de Dakar sur des sections courtes, moyennant financement pour son affrètement.

L’approche satellitaire d’estimation des paramètres océaniques, du bilan d’énergie en surface et des flux air-mer (SSM/I, AVHRR, MODIS ; TMI-QuikSCAT ,…) sera largement développée et validée en combinaison avec les mesures réalisées sur ces deux bassins océaniques lors de l’EOP et de la SOP. Les travaux de modélisation seront aussi développés à travers la validation des sorties MERCATOR, l’utilisation du modèle d’océan CLIPPER, l’évaluation des modèles couplés océan-atmosphère disponibles,…. Ce volet Modélisation est largement décrit dans la section LOP et n’est pas repris ici.

Il faut noter l’implication probable du groupe « Tropical Atlantic Variability » de CLIVAR et de l’ébauche d’un programme international OCAMMA qui permettra de développer d’autres analyses et d’obtenir d’autres types de données sur l’ensemble du bassin central et Est tropical sur toute la durée


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de l’EOP. Cette partie est en cours de discussions avec nos partenaires aux USA et en Allemagne, qui pourraient y apporter une très grande contribution.



• Les campagnes EGEE

• Maintien durant l’EOP de la bouée PIRATA située à 0°W/Eqt avec mesures météo incluses Priorité 2 (intéressant)

• Maintien durant l’EOP de la bouée installée au large de Dakar pour la SOP3

• Mesures de flux radiatif descendants dans les campagnes EGEE Priorité 3 (optionnel)

• Affrètement du bateau sénégalais pour des campagnes océanographiques au large de Dakar Mode de financement

IFREMER, PATOM, PNEDC (EGEE). PIRATA/CLIVAR, et autres sources à définir.

3.3.5 La composante chimie atmosphérique et aérosols

D'un point de vue climatologie, les observations à mener pendant l’EOP seront fondées sur des mesures satellitaires, des sondages d'ozone, des mesures à partir d'avions commerciaux, et l'analyse des données des réseaux de suivi in-situ déjà opérationnels pour les aérosols, le rayonnement et la chimie des eaux de pluie, qui seront renforcées dans le cadre de l’EOP. Concernant la documentation de la variabilité de la composition chimique de l’atmosphère (O3, CO, aérosols de combustion), l’objectif est de développer des études climatologiques. Il existe actuellement un certain nombre de données potentielles (sondeur TOMS, vols MOZAIC, réseau SHADOZ,..) mais pas suffisamment précises et nombreuses (pas de station SHADOZ en Afrique, vols MOZAIC non contrôlables, profils TOMS trop lissés,..) pour répondre à la complexité d’évolution des différentes espèces (intra et interannuelle). D’où la mise en place de mesures adaptées pendant l’EOP pour une climatologie de ces traceurs chimiques reposant sur:

• Une analyse des données spatiales (MOPPITT, MODIS,..), aéroportées (MOZAIC) et stations sol (IDAF et AERONET), et développement de modélisation

• L'instrumentation d'un super-site (Lamto ou Ouémé ?) à partir de 2004 avec : o un analyseur O3 et CO o un aéthalomètre BC o un photomètre AERONET (épaisseur optique des aérosols) o un spectromètre SAOZ (contenu total de la colonne atmosphérique en NO2) o un radiosondage d’ozone (Abidjan ? ou autre site à la même latitude)

• Le volet expérimental reposera aussi sur la mise en disposition en Afrique de l’Ouest du camion-laboratoire du LA pour une durée de deux ans, équipé pour la mesure des flux énergétiques ainsi que des flux et concentrations d’espèces chimiques gazeuses réactives (O3, NOx, COV, CO, SO2) et des caractéristiques physiques et chimiques des aérosols, et d’un


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ballon captif avec son ensemble de sondage pour l’étude de la structure de la couche limite atmosphérique et de la couche de surface.

• La mise en place éventuelle d’un lidar aérosol Un autre objectif de l’EOP est le suivi des variations saisonnières des sources de polluants

atmosphériques pour lesquels diverses opérations peuvent être planifiées. D'un point de vue étude de la surface, l'objectif est de fournir avant les SOP des inventaires détaillés d'émissions pour les principales sources de gaz en trace et d'aérosols, ainsi que des données pour valider les schémas d'émissions et de dépôts dans des modèles à méso-échelle et à échelle globale, grâce à des exercices de modélisation préliminaires.

Les inventaires d'émission devraient couvrir la surface continentale entre l'équateur et 20°N pour des longitudes comprises entre 2°W et 5°E. Ces inventaires porteraient sur les émissions biogéniques de COV par la végétation et de NOx par les sols, sur les émissions en temps réel de feux de biomasses, ainsi que sur les émissions provenant des combustibles fossiles et des activités humaines. De tels inventaires doivent s'appuyer sur les bases de données préexistantes sur le sol et la végétation ainsi que d'expérimentations de terrain passées, et de données satellitaires fournissant NDVI, LAI, densité de biomasse, détection de feux, estimation de surfaces brûlées. Il s'agira entre autres d'étudier la variabilité saisonnière (et interannuelles) de ces émissions en fonction des précipitations et de la dynamique de la végétation.

Les besoins en données concernent les mesures de flux de composés chimiques (NOx, N2O, CH4, COV), de bilan d’énergie (validation SVAT), de précipitations et d’humidité des sols, de cartographie des surfaces brûlées, des types de sols, de la végétation (mesures satellite et validation terrain permettant d'accéder au type de couvert, à la rugosité, au LAI, à la densité de biomasse des différents couverts, au taux de couverture, et à la composition en espèces), et d’informations sur les pratiques agricoles (pâturage, fumure…). La stratégie expérimentale est basée sur l’utilisation du camion-labo mobile du LA (mesures chimie, tour instrumentée, validation de modèles) en Afrique de l’Ouest (Lamto prévu initialement, possibilité de déplacement sur le Bénin sur le site de l’Ouémé où un soutien de base de l’IRD est envisageable), et le développement des études des émissions biogéniques des sols et de la végétation sur le transect méridien : Lamto (ou site Bénin), et Hombori ainsi que des mesures de caractérisation des émissions par les feux domestiques et le trafic sur des villes clés.

L'ensemble de ces actions sont programmées jusqu'en 2006 et ont fait l'objet de demandes de financement CORUS et dans des demandes au PNCA. Le budget total a été évalué à 470 k€ sur trois ans y compris les SOP (2004-2006).

Les personnels impliqués sont issus de différents laboratoires : LA, LISA, LSCE, CESBIO, SA, LOA, LEM, LERMA, LOCL, LESAM, CNRM, LAPA Abidjan, LPA Brazzaville.

Les besoins prioritaires sur climatologie - émissions :


• Equiper une station complète, soit à Lamto (CI), soit une station équivalente au Bénin

• Assurer des sondages verticaux PTU-O3 sur une station proche de la précédente (Abidjan ou Parakou sur site IMPETUS)

• Equiper un deuxième site (Burkina, Mali) pour l'étude méridienne des émissions biogéniques

• Implémentation du camion laboratoire (LA)


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• Assurer des mesures physico-chimiques en milieu urbain pour l'étude de la pollution

• Assurer des mesures pour la détermination des facteurs d'émission liées aux différents processus de combustion (biomasse, biofuels, sources anthropiques…)

Mode de financement

PNCA 2003, MAE

Concernant la quantification des émissions « nettes » d’aérosols terrigènes en zone sahélienne à l’échelle saisonnière annuelle et pluri-annuelle , il est prévu d’une part l’adaptation du modèle d’émission d’aérosols terrigènes du LISA pour les zones semi-arides (humidité des sols, végétation), d’autre part la mise au point et la validation d’un modèle régional du cycle des aérosols désertiques sur le nord de l’Afrique (ATIP Jeunes chercheurs). Les mesures de validation du modèle Emission/Transport/Dépôt d’aérosol minéral aux échelles spatiale et temporelle de l’EOP doivent concerner idéalement les profils (concentration/granulométrie) et les flux verticaux (émission/dépôt) sur un maximum de sites, avec des mesures au pas de temps horaire pendant la durée de l’EOP. La stratégie proposée pour l’EOP s’appuie sur des mesures sol et de contenu intégré (photomètre), de concentration (TEOM) et de granulométrie, en association avec des capteurs IDAF (dépôts secs/humides). La localisation des mesures doit être sur le trajet des transports (mousson/harmattan) le long du transect zonal sahélien, de façon suffisamment espacé pour mesurer des différences significatives, et de préférence sur des sites AERONET et IDAF existants. Le dispositif minimal est constitué de 3 stations complètes (Fig.3.2).

Les besoins prioritaires sur aérosols terrigènes :


• Equiper 3 stations complètes, 2 sur un site existant (Mbour, Banizoumbou), 1 sur un site à définir (Katibougou ; Mali)


• 2 sites complémentaires (Tamale et Zinder) Mode de financement

Mi-Lourds (pour TEOM), PNCA, Ex-PNSE, MATE ?, ORE ?


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Site existant indispensable Site à définir indispensable Site complémentaire

1 = Niger - Banizoumbou : AERONET - IDAF - SOP - IRD 2 = Mali - Katibougou ? : AERONET ?- IDAF ? 3 = Sénégal - Mbour : AERONET - IDAF ?

Fig. 3.2 : Dispositif pour les aérosols terrigènes

3.4 Liens avec les autres composantes

3.4.1 LOP

Un apport important en soutien sera fourni à l’EOP par les actions développées dans le cadre de la LOP, via l’infrastructure mise en place sur les sites du transect méridien et l’ensemble des mesures assurées, les actions de collecte des données des réseaux opérationnels, la participation du personnel déjà en place, et via les contacts planifiés avec les organismes locaux. A l’inverse l’EOP assurera un ensemble de mesures complémentaires ne pouvant être maintenues sur le long terme (réseau de radiosondages renforcé, stations de mesures de flux, radars bande C et bande X, éventuellement radar UHF/VHF et système GPS, camion-laboratoire,…).


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3.4.2 SOP

L’EOP servira de support aux différentes phases de la SOP 2006 en fournissant des réseaux de mesures renforcées spatialement (radiosondages, radars, stations de mesures de flux) et offrant un suivi temporel continu (dont les systèmes UHF/VHF et GPS) permettant de replacer les séquences intensives de mesures de la SOP dans un contexte plus large (continuité sur le cycle diurne, le cycle saisonnier et les fluctuations intra-saisonnières, anomalies interannuelles).

3.4.3 Satellites

Le couplage avec la composante satellitaire est indispensable à l’EOP pour étendre les mesures réalisées localement à l’échelle régionale tout en fournissant des points de validation dans la mise au point de nouveaux algorithmes satellitaires. Ceci concernera en particulier les estimations de précipitations (combinaison MSG, TRMM, mesures sol intensives et radars), l’estimation du rayonnement atmosphérique et en surface (MSG/GERB, CERES), le cycle de l’eau atmosphérique (vents MSG, GPS), les suivi des systèmes convectifs et la caractérisation nuageuse des différents systèmes précipitants (MSG, CLOUDSAT, CALIPSO,…), l’estimation de l’humidité des sols et le suivi des mares et de la végétation (ERS, ENVISAT, SPOT, LANDSAT, MSG, VEGETATION,…), la composition chimique de l’atmosphère (TOMS, POLDER2, PARASOL, MODIS, CALIPSO, MOPITT, SCHIAMACHY,…), les océans (SEAWIFS, TMI, QuickSCAT,…). Ces éléments ont été détaillés dans les sections précédentes.

3.4.4 Modélisation/Assimilation

Tout comme la composante satellitaire, le couplage avec la composante modélisation/assimilation est indispensable à la valorisation de la combinaison mesures in-situ / satellitaires réalisées durant l’EOP pour produire des champs spatio-temporels cohérents, construire des variables non directement mesurables, et valider les produits de modélisation. Ceci concerne le cycle de l’eau atmosphérique (assimilation des mesures et estimations de vapeur d’eau et de vent avec des modèles comportant plus ou moins de contraintes (approche MANDOPAS du CETP)) et continental (humidité du sol, évapotranspiration dans les approches type LDAS), le couplage entre modèles atmosphériques et modèles hydrologiques, la modélisation océanique (MERCATOR, CLIPPER, modèles couplés océan-atmosphère), le couplage avec des modèles de chimie et de végétation simulant le cycle régional des aérosols (émission, transport, dépôt). Les besoins de la modélisation vers les données EOP sont en partie communs à ceux relatifs à la LOP. La spécificité de l’EOP vis à vis de la modélisation tient principalement, sur plusieurs cycles saisonniers, au renforcement des mesures de profils atmosphériques, aux mesures de validation de flux turbulents à la surface, aux données de forçage pour les SVAT, aux campagnes EGEE pour les liens entre couches supérieures océaniques et flux air-mer, et à la modélisation du cycle des aérosols.


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INSTRUMENTATION AMMA pour la LOP et l’EOP Atmosphère – EOP et LOP

Code Instrument Plate-forme ou site Description Institution/Projet PI Période Financement

AE.RS_Q* Réseau Radio-Sondage Water Cycle Quadrilateral 5 VAISALA Digicora stations generation 3 VAISALA+CNRS/IPSL S. Janicot [email protected]

2005-2007 2 secured 3 EU Request.

AE.RS_T1* Réseau Radio-Sondage Transect Sahel 5 VAISALA Digicora stations, gen. 3 U. Leeds D. Parker [email protected]

2005-…. 3 extant 2 EU request

AE.RS_T2* Réseau Radio-Sondage Meridional Transect 4 VAISALA Digicora stations generation 3 U. Köln + CNRS/IPSL A. Fink [email protected]

2005-…. 2 secured, 2 EU request

AE.RS_T3* Réseau Radio-Sondage Northern stations 2 VAISALA Digicora stations generation 3 CNRS/IPSL S. Janicot 2005-…. 1 extant 1 EU request

AE.RS_T4 Réseau Radio-Sondage Northern quadrilateral 5 existing stationsfrom national services U. Leeds D. Parker [email protected]

2005-…. Nat. Request (consumabs)

AE.Flux_Gh Réseau Stations Flux Gourma Super-Site 3 Eddy Correlation Stations CEH/ NERC C. Lloyd [email protected]

2005-2008 1 Secured 2 Nat Req.

AE.Flux_Nc Réseau Stations Flux Niamey Super-Site 3 Eddy Correlation Stations CEH/ NERC C. Taylor [email protected]

2005-2008 Nat. Request

AE.Flux_Od Réseau Stations Flux Donga Super-Site 2 CEH +2 CATCH Stations de flux CEH/ IRD-CATCH C. Peugeot 2005-2008 Nat. Request AE.Flux_T2 Réseau Stations Flux Complément super-sites 8 Eddy Correlation Stations CEH/ UE C. Taylor,C. Lloyd 2005-2007 EU Request

AL.Met_Oa Réseau stations Météos Aguima (Intens. Local site) 3 recording weather stations U. Bonn/ IMPETUS, S. Giertz [email protected]/ J. Burkhardt: [email protected]

2001-2008 Secured

AL.Met_Or Station Météo Ara (Intens. Local site) 1 recording weather station (Djougou) IRD/ CATCH S. Galle 2001-2008 Secured

AL.Met_G Réseau stations Météos Gourma Mesoscale site 2 stations giving 15-min. 18 parameters CNRS/CESBIO/IRD E. Mougin 2004-2008 Secured

AE.Met_Na Réseau stations Météos Nakambe Mesoscale site 2 automatic recording weather stations INERA/EIER/IRD L. Somé 2004-2008 Secured

AE.GPS_1 Réseau stations GPS Regional Window 3 GPS stations over meridional transect CNRS/IGN/SA [email protected]

M.-N. Bouin, O. [email protected]

2005-.. Nat. Request

AE.RadX_O Radar Bande X Donga (Super-Site) X-Band poloarized weather radar IRD/CATCH M. Gosset 2004-2007 Secured

AE.Prof_T Profileur Micro-onde Tamale/Ghana 14 channel microwave radiometer U. Bonn S.Crewell [email protected]

2005-2007 EU Request

AE.RadK_T Micro rain radar Tamale/Ghana Vertical pointing Ka-band radar U. Bonn S.Crewell 2005-2007 EU Request


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Atmosphère – LOP, EOP (suite)

AE.Sound _O3

Radio-Sondage Cotonou (Intens. local site)P, T, U, Ozone probes, Vaisala LA V. Thouret [email protected]

2005-2007 Part Nat. Req., Part EU Req.

AE.Aerosol _RW

Analyse Aerosols (physique-chimie et

optique)

Lamto, Djougou, Banizoumbou

TEOM, Nephelometer, GRIMM counter,Aethalometer, Chemistry speciation (mineral ,organic, metals)

LA /IDAF C. Liousse [email protected]

2005-2010 Part secured, part National

request AE.Van_Or Camion mobile

(Pollution- characterisation et émissions)

Cotonou/Djougou Abidjan/Lamto

Anthropogenic and biogenic NOx and COVemissions, energy budget; dynamic chambersand eddy covariance methods

LA D. Serça [email protected]

2005-2007 Part secured, part National

request AE.Dust_ST

Réseau aerosols Mineraux (3 Stations)

Sahelian transect Photometer, TEOM, micro-lidars, wet and dry deposition

LISA/IRD/PHOTON-AERONET/CNR-ISAC

Jean-Louis Rajot [email protected]

2005-2009 Part secured, part EU req.

AL.Aer_O Photomètre Ouémé Photometer PHOTON/AERONET P. Goloub 2005-2009 Secured AE.Flux_D Mesures de Flux Dano Local site

(Burkina Faso) 2 Eddy correlation systems (1 mobile, 1

stationary), 1 relaxed eddy-accumulation-system, scintillometer

FZK (IMK-IFU) / GLOWA-Volta

H. Kunstmann [email protected]

2005-2007 Secured

AE.Chem_D

Analyses Chimiques Dano Local site (Burkina Faso)

C/N analyser, GC/MS/FID/ECD and chemoluminescence analysis, 13C and 15N

abelling techniques, TSI particle counter, Grim spectrometer, canopy analysers

FZK (IMK-IFU) / GLOWA-Volta & Virtual HGF-Institute


2005-2007 Part secured, part EU request

*Il existe un fort recouvrement entre les différents groupements de radio-sondages. Chacun d’entre eux a été identifié pour servir d’appui à une, ou à un groupe, d’investigations particulières. L’ensemble du dispositif permettra une étude de l’ensemble du système couplé.

Surface Continentale– LOP, EOP


L.Rain_O Réseau Pluviographes Ouémé (Site Méso-échelle) 31 Raingauges providing 5-min. Rainfall IRD/ CATCH C. Depraetere Depraetere @ird.fr

2001-2008 Secured

L.Rain_Od Réseau Pluviographes Donga (Super-Site) 14 Raingauges providing 5-min. Rainfall IRD/ CATCH C. Depraetere 2003-2008 Secured E.Rain_Oa Réseau Pluviographes Aguima (Site Local) 9 Raingauges providing 1-min. Rainfall U. Koln/ IMPETUS A. Fink 2002-2008 Secured E.Dsd_ Or Disdromètre optique Ara (Site Local) PMtech Parsivel, laser disdrometer IRD/ CATCH M Gosset

[email protected] Secured

L.Rain_N Réseau Pluviographes Niamey (Site Méso-échelle) 30 Raingauges providing 5-min. Rainfall IRD/ CATCH T. Lebel 1990-2008 Secured E.Rain_Nc Réseau Pluviographes Niamey: Super-Site Central 5 Raingauges providing 5-min. Rainfall IRD/ CATCH T. Lebel 2004-2008 Secured


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Surface Continentale – LOP, EOP (suite)

E.Rain_G Réseau Pluviographes Gourma (Site Méso-échelle)

10 Raingauges providing 5-min. Rainfall. CNRS/CESBIO/CATCH E. Mougin 2004-2008 Secured

L.Run_O Réseau Limnigraphes Ouémé (Site Méso-échelle) 12 Recording streamflow Stations / C. Peugeot Peugeot@ ird.fr

2005-2008 Secured

L.Run_Od Réseau Limnigraphes Donga (Super-Site) 5 Recording streamflow Stations / S. Galle [email protected] 2005-2008 Secured L.Run_Oa Réseau Limnigraphes Aguima (Site Local) 5 recording water level gauges U. Bonn/ IMPETUS S. Giertz

[email protected] Secured

L.ADCP_O ADCP Ouémé (Site Méso-échelle) Streamflow measurement IRD/ CATCH C. Peugeot 2003-2008 Secured L.Run_N Réseau Limnigraphes Niamey: Super-Site Central 6 Recording streamflow Stations IRD/ CATCH L. Descroix

[email protected] 2005-2008 Secured

L.Gwat_Od Réseau Piézographes Donga (Super-Site) 111 Piezometers recording level fluctuations with 1 mm accuracy

IRD/ CATCH L. Seguis [email protected]

2001-2008 Secured

E.Gwat_Or Réseau Piézographes Ara (Site Local) 5 Piezometers as above IRD/ CATCH L. Seguis 2004-2008 Secured L.Gwat_Nc Réseau Piézographes Niamey Central Super-

Site 7 Piezometers recording level fluctuations

with 1 mm accuracy IRD/ CATCH G. Favreau

[email protected] 2004-2008 Secured

L.Sap_Gh Sap flow station network Hombori (Site Local) 3 Sap flow stations CNRS/CESBIO/CATCH E. Mougin [email protected]

2005-2007 Secured

L.PAR_Ga Réseau stations PAR Gourma (supersite) LAI and PAR measurements CNRS/CESBIO/CATCH E. Mougin 2003-2008 Secured E.SW_Od Réseau stations eau du sol Donga (Super-Site) Soil water profile, succion and temp. IRD/ CATCH S. Galle 2003-2008 EU RequestL.SW_Oa Réseau stations eau du sol Aguima (Site Local) 21 TDR-probes and 2 BWS sites with: TDR,

Tensiometer, Suction cups. U. Bonn/IMPETUS: S. Giertz/T. El-Fahem

[email protected], [email protected] 2001-2008 Secured

E.SW_Nc Réseau stations eau du sol Niamey: Super-SiteCentral

Soil water profile, succion and temp., neutron probe access tubes

IRD/CNES/CIRAD L. Descroix 2004-2008 Nat. Request

E.SW_G Réseau stations eau du sol Gourma : Site Méso-échelle 3 soil water profiles. CNRS/CESBIO/IRD E. Mougin 2004-2008 Secured L.Depot_RW Réseau mesure depots secs

et humides (4 stations) Réseau IDAF (4sites)

Wet and dry deposition :Rainwater andAerosol organic and mineral chemistry, Gasesconcentration (passive samplers)

LA/IDAF C.Galy-Lacaux [email protected]

1996-2008 Secured

E.Rain_T Réseau Pluviographes Tougou (Site Local) 5 Raingauges providing 5-min. Rainfall EIER/IRD/DMN H. Yacouba 2004-2009 Secured E.Rain_Nt Réseau Pluviographes North Titao (Site Local) 5 Raingauges providing 5-min. Rainfall EIER/IRD/DMN H. Yacouba 2004-2009 Secured E.Run_Na Réseau Limnigraphes Nakambe 11 Recording streamflow Stations EIER/IRD/DGIRH H. Yacouba 2004-2009 Nat. Request E.SW_T Réseau stations eau du sol Tougou (Site Local) 3 sites with TDR, Tensiometer EIER H. Yacouba 2004-2009 Nat. Request E.SW_Nt Réseau stations eau du sol North Titao (Site Local) 3 sites with TDR, Tensiometer EIER H. Yacouba 2004-2009 Nat. Request


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Surface Continentale – LOP, EOP (suite)

E.SW_D Cycle de l’eau Dano (Site Local) (Burkina Faso)

Soil moisture, TDR system , streamflow

FZK (IMK-IFU) / GLOWA-Volta


2005-2007 2005-2007

L.PAR_S PAR/NIR radiation, temperature surface

Dahra (Site Local,Sénégal)

1-4 sites with Light Sensors and IR brightness temperature

(10/30 min values)

IGUC/INTEO I. Sandholt [email protected]

2001-2005 Secured

L.SW_S Pluie, eau du sol Dahra (Site Local) 1-4 sites providing 10/30 min values IGUC/INTEO I. Sandholt 2001-2005 Secured E.Ev_S Profil de flux Dahra (Site Local) 1 site providing 30 min values IGUC/INTEO I. Sandholt 2004-2005 Secured

Océan – LOP, EOP


OE.Buoy_P Bouées PIRATA ATLAS Drifters SVP

Profileurs ARGO +

VOS (sst & sss)

Tropical Atlantic 10 Atlas buoys (4 in the Gulf of Guinea, eastof 10°W). Number of SVP, ARGO depends upon cruisesof opportunity VOS along merchant shiplines.

IRD-LEGOS :EGEE ORE PIRATA&SSS

B. Bourles [email protected]

2005-2007 Secured

OS.Flux_S Ship in Gulf of Guinea photometer for aerosols

IRD/EGEE MétéoFrance/ EGEE

B.Bourlès, [email protected]

2005-2007 Nat. Request

OE.Drift_S Ship in Gulf of Guinea hydrology (water masses), currents, tracers,drifters (SVP) + Lagrangian profilers

IRD/EGEE B. Bourles [email protected]

2005-.. Nat. Request


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4.1 Objectifs

Le but des SOPs est de focaliser des efforts expérimentaux avec des équipements spécifiques depuis le sol, sur des avions et sur des navires océanographiques, pendant les phases clés de la mousson de l’Afrique de l’Ouest, au cours de l’hiver 2005-2006 et pendant la saison des pluies 2006. La diversité et la complexité des processus à étudier, qui interviennent à différentes échelles d’espace et de temps et dans différents milieux, conduit à mettre en place une série de dispositifs adaptés. Néanmoins, la spécialisation des mesures autour de thèmes scientifiques identifiés ne doit pas occulter la nécessaire globalité de l’approche. De plus, les contraintes financières et logistiques dans le cadre d’un déploiement expérimental en Afrique de l’Ouest requièrent de veiller particulièrement à la coordination des moyens à mettre en œuvre.

Les objectifs scientifiques prioritaires de la SOP, affichés par les communautés françaises concernées sont les suivants (sans ordre de priorité) :

• Cycle de l’eau dans l’atmosphère et en surface, pour déterminer les modalités et l’efficacité de la conversion de la vapeur d’eau troposphérique en précipitations, du ruissellement des pluies et de la capture par la végétation, de la modification de l’humidité atmosphérique par la végétation ;

• Dynamique des systèmes précipitants, depuis l’échelle des cellules convectives jusqu’aux relations avec la circulation synoptique (flux de mousson, jets, ondes, perturbations intrasaisonnières, cyclogénèse tropicale, … ), pour comprendre la diversité, les mécanismes d’évolution, d’organisation et de propagation, l’impact des systèmes précipitants ;

• Bilan radiatif de l’atmosphère tropicale, dans des conditions de ciel clair et nuageux, pour identifier les propriétés des aérosols organiques, minéraux et anthropiques, évaluer leur évolution et leurs interactions, quantifier leurs effets directs et indirects, contribuer à la validation des nouveaux capteurs spatiaux ;

• Bilan énergétique de la basse troposphère continentale, depuis la surface jusqu’au niveau du jet d’est africain, pour mettre en évidence les phénomènes mis en œuvre lors de l’établissement du flux de mousson en relation avec l’harmattan et le jet d’est africain, et pour évaluer l’organisation de la couche de mousson, son bilan énergétique, sa variabilité spatiale et son évolution lors du cycle diurne, avant et après le passage des systèmes précipitants, ainsi qu’à l’échelle intra-saisonnière ;

• Circulation océanique et interactions océan-atmosphère, sur l’Atlantique tropical Est et le golfe de Guinée, pour caractériser la circulation océanique et le contenu thermique, identifier et comprendre les mécanismes des couches supérieures de l’océan et de l’interface qui régissent les échanges d’énergie et de carbone avec l’atmosphère, ainsi que la variabilité spatiale et temporelle ;

• Chimie atmosphérique, en prenant en compte les émissions et les dépôts en surface de gaz trace et d’aérosols, les processus photochimiques en air clair, les mécanismes de chimie hétérogène en présence d’eau liquide ou de glace, la production d’oxydes d’azote par les éclairs, les transports verticaux et horizontaux par le flux synoptique et la convection profonde ;

4 Composante SOP (Special Observing Periods)


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4.2 Stratégie d’ensemble

Quatre périodes sont envisagées, chacune devant permettre de réaliser des projets thématiques propres.

SOP_0 (saison sèche / 1 mois pendant l’hiver 2005-2006) : cette expérience se propose de regrouper plusieurs aspects: impact radiatif, compréhension des interactions entre les différents types d’aérosols, lien aérosol/nuages/rayonnement et également opportunité de validation de différents capteurs satellitaires. L’objectif est de quantifier les forçages radiatifs direct et indirect des aérosols dans la région, d'estimer leur impact radiatif, de chiffrer leur réponse aux modifications anthropiques et leur évolution au cours du temps.

o SOP_0.1 « Caractérisation de la fraction minérale de l’aérosol » : il s’agit de déterminer ses caractéristiques chimiques, minéralogiques et granulométriques avec la mise en place d’une station sol en zone de transport et/ou d’émission des aérosols désertiques (Dakar ou Niamey) et la contribution de mesures aérosol aéroportées.

o SOP_0.2 « Synthèse modélisation-expérience » : les objectifs sont la modélisation mésoéchelle et globale du transport et de l’impact climatique de l’aérosol , la détermination et la représentation de leur hygroscopicité, la modélisation et l’inventaire des émissions par les feux de biomasse et les fuel fossiles.

o SOP_0.3 « Télédétection » : le but est de caractériser la variabilité spatiale et temporelle du contenu atmosphérique en aérosols, d’étudier leurs propriétés microphysiques et radiatives et de relier cette variabilité aux processus d’émission et de transport. Une attention particulière sera portée à la répartition verticale des couches d’aérosols.

SOP_1 (établissement de la mousson / 1er Juin – 5 Juillet 2006) : il s’agit d’étudier du point de vue structurel et énergétique l’évolution du système couplé « dépression thermique saharienne / jet d’est africain / flux de mousson / océan» pendant quelques semaines encadrant le « saut de mousson » qui marque le brusque déplacement méridien de la zone de convergence intertropicale et des systèmes précipitants associés. Les relations avec les caractéristiques de surface seront également prises en compte, notamment en termes de végétation, d’humidité et de gaz trace.

° SOP_1.1 « Bilan d’énergie en basse et moyenne troposphère, évolution temporelle et variabilité spatiale ; Interactions océan-atmosphère » : les principaux objectifs concernent (i) la structure à petite et moyenne échelle et l’évolution diurne à mensuelle de la couche limite atmosphérique avant l’établissement du flux de mousson, puis en présence de ce flux et des jets troposphériques, (ii) la quantification des bilans énergétiques associés (chaleur, humidité, moment), (iii) les interactions océan-atmosphère au-dessus du golfe de Guinée.

° EGEE / SOP_1 : Lors de la première phase de la SOP d’AMMA, soit à mi-parcours du Projet EGEE (la série des trois années de campagnes devrait être centrée sur celle de la SOP), une réoccupation de la campagne EQUALANT 2000 dans le golfe de Guinée sera réalisée avec un échantillonnage sur toute la colonne d’eau, incluant des analyses de traceurs transitoires (fréons). Des mesures météorologiques supplémentaires sont envisagées, notamment à l’aide du système de mesures de flux INSU/Météo-France (tel le mât instrumenté monté à l’avant du navire lors d’EQUALANT 2000). Le tracé du trajet définitif de la campagne profonde 2006 sera discuté avec les atmosphériciens d’AMMA, notamment en ce qui concerne la répétition d’une section méridienne au sud du Bénin (2°50’E).


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o SOP_1.2 « Végétation et bilan d’eau » : Les études concernant la végétation sont plutôt du ressort de l’EOP et de la LOP. Le besoin en mesures supplémentaires, spécifiques ou renforcées pendant les SOPs sera déterminé en relation avec les équipes en charge du suivi à moyen et long-terme. Les observations par télédétection spatiale représentent une source importante d’informations, mais ces données doivent être validées par des comparaisons avec des observations locales, au sol ou aéroportées.

o SOP_1.3 « Chimie de la basse et moyenne troposphére » Parallèlement à l’évaluation du bilan énergétique, il est nécessaire de quantifier les concentrations et les flux de gaz trace et d’aérosols en surface (en prenant en compte émission et dépôt) et dans l’atmosphère, et de comparer les résultats obtenus avant et après l’établissement de la mousson.

SOP_2 (maximum de la mousson / 1er Juillet – 14 Août 2006) ; le recoupement de période avec la SOP_1 est dû à la variabilité interannuelle du « saut de mousson » ) : l’objectif est de documenter la structure, l’évolution, la propagation, l’impact et le contrôle des perturbations de la mousson : ondes troposphériques et systèmes précipitants, en relation avec les forçages de plus grande échelle et les caractéristiques de surface, en prenant en compte les aspects dynamique, précipitations, chimie, rayonnement.

o SOP_2.1 « Bilans troposphériques et conditions de surface » : Un but prioritaire est la mise place d’un ensemble d’instruments permettant de quantifier les bilans de masse et d’énergie (i.e. chaleur, humidité, rayonnement, moment) dans une zone d’environ 100 km de rayon, appelée Zone Instrumentée (ZI) vraisemblablement autour du site CATCH de Djougou (Bénin). Le bilan d’eau total – de l’atmosphère à la surface (ou sub-surface) – est un aspect particulièrement important. Ces observations spécifiques seront imbriquées dans un réseau de plus grande échelle qui doit être renforcé et sécurisé dans le contexte EOP. Ceci permettra de relier les processus locaux aux forçages d’échelle régionale et synoptique, et d’évaluer des bilans à différentes échelles.

o SOP_2.2 « Propagation et évolution des systèmes précipitants, interactions avec les échelles synoptiques» : Les avions de recherche permettront d’élargir le domaine d’investigation par rapport aux observations sol dans la Zone Instrumentée. Les objectifs concernent la structure à moyenne échelle des systèmes précipitants avec la répartition des régions convective et stratiforme, les interactions avec l’environnement avec notamment des variations du vent (flux de mousson, jets d’altitude) et de l’humidité troposphérique, la propagation et l’évolution des perturbations à longue durée de vie avec l’influence de la surface et du cycle diurne, ainsi que les conditions propices aux redéveloppements convectifs.

o SOP_2.3 « Chimie atmosphérique et convection profonde » : Il s’agit d’étudier l’impact des nuages convectifs de la mousson sur les transports verticaux de vapeur d’eau, de gaz trace et de composés réactifs, les conséquences sur la chimie de la haute troposphère et les échanges avec la basse stratosphère. Une évaluation correcte du bilan des oxydes d’azote requiert également la détermination de la production associée aux éclairs, fréquents et intenses en Afrique de l’Ouest. Deux thématiques peuvent être distinguées :

SOP_2.3a « Influence des systèmes précipitants sur la capacité oxydante de la troposphère » : La quantification des flux convectifs et la mesure des contenus en différentes espèces chimiques (NOX, CH4, CO, NMHC, HOX , O3, … ) à plusieurs niveaux, dans la Zone Instrumentée, doit permettre de déterminer l’importance relative du transport vertical et de la photochimie dans le bilan troposphérique des HOX et de O3.


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SOP_2.3b « Caractérisation de la tropopause tropicale » : L’objectif est de déterminer les caractéristiques dynamiques, thermodynamiques et chimiques de la zone située entre 13 et 17 km d’altitude, au-dessus du sommet des nuages convectifs développés et sous le niveau de la tropopause thermique. D’importantes interactions se produisent dans cette région entre la troposphère et la stratosphère. L’impact des développements convectifs, le temps de relaxation des structures transitoires, la génération de tropopauses multiples, le transport d’ozone et de vapeur d’eau, les processus chimiques associés sont des sujets prioritaires.

o SOP_2.4 « Aérosols, nuages et effets radiatifs » : En relation avec les mesures de contenu atmosphérique en aérosol prévues lors des SOP_0.1 et SOP_1.3, un premier objectif de la SOP_2.4 concerne l’influence des systèmes précipitants dans le soulèvement d’aérosols minéraux et organiques, naturels et anthropiques. Un autre objectif concerne les interactions entre les aérosols troposphériques et les caractéristiques microphysiques et radiatives des nuages, en particulier ceux à fort impact potentiel qui se développent à haute altitude (cirrus) ou qui ont une longue durée de vie (reliquats d’ « enclumes » convectives).

SOP_3 (Fin de la mousson et export vers l’Atlantique tropical / 15 Août – 15 Septembre 2006) : la prédominance des vents d’est sur l’Afrique de l’Ouest implique une influence de la mousson sur l’Atlantique tropical, loin de son domaine d’origine. Deux aspects sont à prendre en compte : le devenir des perturbations météorologiques quittant le domaine continental pour arriver sur l’océan réchauffé, l’évolution du « panache » de composés chimiques et d’aérosols.

o SOP_3.1 « Perturbations de mousson et cyclogénèse tropicale » : Il s’agit d’étudier les transformations des perturbations méso-synoptiques (systèmes précipitants, ondes d’Est, variations d’amplitude des jets troposphériques) passant du continent africain aux eaux chaudes de l’Atlantique tropical Est. Le voisinage des îles du Cap-Vert est une région de cyclogénèse tropicale active produisant des cyclones souvent très intenses, mais les conditions de développement sont encore mal connues. Un objectif important est de suivre l’évolution des systèmes précipitants, en relation avec les caractéristiques de l’interface océan-atmosphère et la présence éventuelle d’air sec saharien en moyenne troposphère.

EGEE / SOP_3 : Lors de la troisième phase de la SOP d’AMMA, une campagne particulière sera dédiée au flux de fin de mousson vers l’océan Atlantique et aux conditions océaniques en période de cyclogénèse. Elle comportera une section au large de Dakar (Sénégal), avant une section à travers le dôme de Guinée et une répétition de la section 10°W. Cette campagne pourra être simultanée à une campagne américaine sur le centre et l’ouest du bassin Atlantique vers les mêmes latitudes.

o SOP_3.2 « Evolution du panache ouest-africain » : L’objectif est de suivre le transport horizontal et vertical, l’évolution chimique des gaz trace et les transformations chimiques et granulométriques des aérosols issus d’Afrique de l’Ouest au cours du déplacement des masses d’air sur l’Atlantique tropical (parfois jusqu’en Amérique sous la forme d’une « pollution trans-continentale »). La contribution éventuelle du transport inter-hémisphérique d’air influencé par les feux de biomasse d’Afrique Australe est également à prendre en compte.

4.3 Liens avec les autres composantes d’AMMA


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Les SOPs bénéficieront du cadre environnemental de surveillance renforcé dans le contexte LOP et EOP, en relation également avec les observations satellitaires (validation d’algorithmes, expériences coordonnées) et des travaux de modélisation (étude de situations, prévision, assimilation de données). Ces deux derniers aspects joueront un rôle déterminant dans la préparation des SOPs pour adapter les possibilités instrumentales aux caractéristiques observées et modélisées des phénomènes de la mousson. On cherchera ainsi à favoriser des mesures lors des passages des satellites pour les phases adéquates de la SOP (mesures sols et aéroportées), par exemple lors des passages de l’Aqua-train (dont CALIPSO) durant la SOP1, des passages de TRMM ou autres radiomètres intéressants (AMSR) pendant la SOP2 et 3…

L’assimilation et la modélisation joueront un rôle central pour préparer, exploiter et interpréter les données acquises durant les SOP. Cette synergie à rechercher entre l’observation, l’assimilation et la modélisation est particulièrement importante pour la SOP car on reste à des échelles de temps où la prédictibilité des phénomènes en jeu peut être exploitée durant l’expérience pour guider les décisions. Ainsi il sera nécessaire que le PC de l’expérience AMMA puisse, outre les données observées ou produits (satellites, radars, réseaux sol, atmosphérique, océanographique…), disposer d’un ensemble d’analyses, de prévisions numériques, et de diagnostics adaptés au monitoring de l’état de l’atmosphère, de l’océan, des sols et de la chimie atmosphérique, et de leur évolution. Un effort important devra donc être entrepris pour acquérir ces produits numériques durant l’expérience, et pour les analyser. Ce sera également une opportunité pour évaluer ces outils et permettre à la communauté africaine de les approprier, répondant ainsi à une partie de leur forte demande dans le domaine des applications. Cet effort devra se faire en collaboration avec les grands centres de prévision impliqués dans AMMA sans oublier les pays africains sous la coordination de l’ACMAD, et AGRHYMET.

Concernant la préparation des SOP, un effort particulier doit être entrepris pour développer l’assimilation des données et plus particulièrement celles des satellites encore insuffisamment utilisées. Etant donné le caractère limité des observations (spatialement et temporellement, paramètres accessibles…), l’assimilation et la modélisation donnent accès à une vision plus complète et cohérente, valorisant ainsi ces données. Couplé à la modélisation, il sera possible d’élaborer et d’optimiser les stratégies d’observation (driftsondes, ballons plafonnant, position et nombre de dropsondes…) et de tester leur apport. Ainsi les simulations explicites de systèmes convectifs ont acquis un tel degré de réalisme, qu’elles peuvent permettre de tester des stratégies d’échantillonnage et de vol des avions, pour espérer reconstituer les propriétés dynamiques, thermodynamique et le cycle de l’eau associé à ces systèmes durant la SOP. Réciproquement , les données qui seront acquises lors des SOPs devront permettre d’appréhender de façon cohérente les différents processus de la mousson africaine, dans les domaines atmosphérique, océanique et continental. L’exploitation des observations implique un fort couplage avec la modélisation numérique. D’une part, les mesures supplémentaires d’environnement (radiosondages, dropsondes, profils de vent, stations de surface, … ) devront être prises en compte pour améliorer la qualité des analyses à différentes échelles. Différentes méthodes de restitution, d’interpolation, d’assimilation, de réanalyse, … seront utilisées. D’autre part, les analyses déduites d’observations spécifiques (in situ et télédétection ; depuis la surface, par avion ou bateau, à l’aide de bouées ou de flotteurs, … ) seront comparées aux simulations à haute résolution pour valider la représentation des processus physiques dans les modèles, et pour replacer ces observations dans un cadre plus large. Le dispositif expérimental des SOPs doit permettre de contrôler la pertinence du traitement numérique de la convection et des perturbations méso-synoptiques, du cycle de l’eau dans l’atmosphère et en surface, du bilan radiatif, des aérosols minéraux, organiques et anthropique, des interactions océan-atmosphère et végétation-atmosphère, des émissions de surface, des processus


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chimique en ciel clair et en présence de nuages convectifs, des interactions entre la haute troposphère et la basse stratosphère, …

4.4 Déploiements instrumentaux

Les différentes phases des SOPs seront conduites dans le cadre général d’observations de base renforcées et fiabilisées par les actions LOP et EOP. Les moyens disponibles dans ce cadre ne sont pas rappelés. En particulier, durant la période considérée (1er Juin – 15 Septembre), des observations météorologiques synoptiques seront réalisées par un réseau de radiosondages avec deux mesures par jour et transmission sur le GTS. Un quadrilatère centré sur la ZI (par ex. Niamey, Tamale, Minna, Cotonou, Parakou) permettra notamment de calculer des bilans à moyenne échelle. Une intensification à 4 sondages par jour pour certaines stations doit être envisageable pendant les périodes d’observations intensives.

Des sondages complémentaires de l’atmosphère devraient être disponibles par des dropsondes larguées depuis l’avion français Falcon et depuis des ballons de haute altitude (driftsondes, coopération CNES-NCAR). D’autres moyens ballons devraient être utilisés, avec le soutien du CNES : ballons à volume constant pour l’étude de la couche limite, AEROCLIPPERs pour les interactions océan-atmosphère si les tests technologiques en cours donnent satisfaction.

En ce qui concerne les avions de recherche, la France mettra en œuvre l’ATR (F/ATR) et le Falcon (F/Falcon), le Royaume-Uni le BAe-146 (UK/BAe) et l’Egrett (UK/Egrett). Il est également envisagé de déployer le Falcon du DLR allemand (D/Falcon) et le P3 du NRL américain (NRL/P3), ces deux options sont à confirmer. La participation du Geophysika géré par un consortium européen est une autre possibilité à valider.

Les observations satellitaires ne sont pas spécifiées dans le dispositif instrumental décrit ci-dessous. Ces mesures sont cependant très importantes en complément de l’instrumentation déployée au sol, sur des avions et des navires, pour la complémentarité des mesures et pour la validation des algorithmes de restitution de paramètres géophysiques.

Pour la SOP_1, la région d’observations prioritaires sera la « fenêtre CATCH étendue », i.e. un

transect méridien [ Cotonou (6.38°N, 2.34°E) – Parakou (9.36°N, 2.61°E) – Niamey (13.52°N, 2.12°E) – Gao (16.25°N, 0.00°) ]. Une campagne océanographique spécifique sera conduite dans le même temps (AMMA-EGEE), qui comportera une section méridienne au Sud du Bénin vers 2.30°E, prolongeant ainsi dans le Golfe de Guinée jusqu'au sud de l'équateur la fenêtre prioritaire. Cette section sera parcourue deux fois à deux ou trois semaines d'intervalle afin de pouvoir échantillonner dans la mesure du possible le "saut" vers le Nord du flux de mousson et les conditions océaniques associées à cette période. Le N/O utilisé devra être équipé d’un système d' instrumentation météorologique pour faire des mesures des flux turbulents à l'interface océan-atmosphère tout le long de la campagne. Les données de turbulence atmosphérique recueillies au cours de la campagne permettront l’application de méthode de calcul des flux (inertio-dissipatif et corrélations), la comparaison de ces évaluations à celles obtenues par formules empiriques à partir des paramètres météorologiques mesurés sur le bateau, des mouillages PIRATA et de la station météorologique de São Tomé, et ainsi de compléter dans le Golfe de Guinée les études et comparaisons effectuées à partir


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des mesures de la campagne EQUALANT 99 effectuée à l'ouest et au centre du bassin Atlantique Equatorial. Des radiosondages seront effectués. Tous les paramètres hydrologiques (notamment température et salinité), courantométriques ainsi que des mesures de traceurs (nutritifs pour l'identification de l'origine des eaux douces, paramètres du système CO2) seront mesurés en surface et en profondeur. Des profileurs PROVOR (également dans le cadre ARGO-CORIOLIS) et des bouées de type MARISONDEs (le long de la section 2.30°E) et SVP seront également déployés.

Pendant la SOP_2, les instruments permettant de quantifier les bilans de masse et d’énergie seront

déployés en priorité dans une zone d’environ 100 km de rayon, la Zone Instrumentée ZI. Il s’agira soit d’une extension de la « région cible » de CATCH au Bénin, dans le haut bassin de l’Ouémé qui est caractérisé par un climat « soudanien », avec une pluviométrie annuelle moyenne d’environ 1000 mm, soit d’une zone proche de Niamey (par ex. « degré carré » d’HAPEX-92) où la moindre pluviométrie est compensée par une plus grande fréquence de systèmes convectifs organisés.

Pendant la SOP_1 et la SOP_2, les avions de recherche devraient être basés à Niamey (Niger), avec la possibilité - à confirmer - d’utiliser l’aéroport militaire. Une solution de repli est l’aéroport international de Cotonou (Bénin), avec des contraintes logistiques un peu plus fortes. Les avions de recherche auront deux objectifs : le survol des régions où sont installés les équipements sol (en priorité la ZI) pour des mesures couplées, l’exploration de régions plus vastes pour étendre le domaine de mesures et pour suivre l’évolution des phénomènes au cours de leur déplacement.

Pendant la SOP_3, les avions instrumentés seront les principaux moyens d’investigations. Ils devraient être basés à Dakar (Sénégal), ou à Sal (Cap-Vert) pour l’exploration privilégiée de la zone (10-15°N, 20-25°W). Une campagne océanographique spécifique sera conduite dans le même temps (AMMA-EGEE), qui comportera une section entre Dakar et le Cap-Vert, une section à travers le dôme de Guinée (situé dans la zone d'upwelling subissant un fort réchauffement pendant cette période) et une répétition de la section 10°W à l'entrée du Golfe de Guinée. Dans la mesure du possible, le N/O utilisé devra être équipé d’un système d' instrumentation météorologique pour faire des mesures des flux turbulents à l'interface océan-atmosphère tout le long de la campagne. Des radiosondages seront effectués. Tous les paramètres hydrologiques (notamment température et salinité), courantométriques seront mesurés en surface et en subsurface. Des profileurs PROVOR et des bouées SVP seront également déployés. En parallèle, des Aéroclippers (si ces appareils sont alors opérationnels) pourront être déployés à partir de la côte (Sénégal ou Iles du Cap-Vert).

Ci-dessous, une liste d’équipements sol et aéroportés, prioritaires et optionnels, est indiquée pour

chacune des phases envisagées des SOPs. Cette liste n’est pas définitive, elle évoluera en fonction de la participation des différentes équipes, des financements disponibles et des questions logistiques.

De même, la liste de PIs (« Principal Investigators »), essentiellement français pour l’instant, est encore préliminaire. Elle évoluera selon la confirmation de participation des équipes étrangères (européennes, américaines, africaines) à ce programme. Actuellement, les équipes britanniques ont le soutien de leurs agences et peuvent nous assurer de leur participation. Les équipes allemandes sont de plus en plus intéressées par AMMA, et devraient s’impliquer plus en avant dans le projet au cours des prochains mois. Le niveau de participation du DLR et la mise en œuvre de l’avion Falcon sont des points particulièrement importants. Les équipes américaines ont proposé l’envoi d’équipements complémentaires aux moyens disponibles en France et en Europe (radar, profileur de vent, navire océanographique). La participation de l’avion américain NRL / P3 qui emporte le radar Doppler


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aéroporté ELDORA-ASTRAIA et, en option, le lidar vapeur d’eau LEANDRE n’est pas encore assurée et des discussions sont en cours.

4.4.1 SOP_0 « Saison sèche »

4.4.1.1 SOP_0.1 «Caractérisation de la fraction minérale de l’aérosol »

Equipements prioritairesc :

• F/ATR avec veine isocinétique pour prélèvement de l’aérosol + filtre

• Stations de prélèvements (à Dakar et Niamey) : néphélomètres, impacteurs, …

4.4.1.2 SOP_0.2 «Synthèse modélisation-expérience – Aérosol »

Equipements prioritaires :

• camion labo du LA

4.4.1.3 SOP_0.3 «Télédétection »


• F/Falcon avec lidar Leandre et instrument POLDER

• F/ ATR pour des mesures in situ (FSSP, PCASP, CCN Counter,CVI), capteurs d’humidité, température et pression, et radiomètres EPPLEY (visible et infrarouge)

• Lidar aérosol

4.4.2 SOP_1 « Etablissement de la mousson »

4.4.2.1 SOP_1.1 « Bilan d’énergie en basse et moyenne troposphère, évolution

temporelle et variabilité spatiale, Interactions océan-atmosphère »


• F/ATR avec mesures in situ dynamique et thermodynamique, dropsondes

• NRL/P3 avec mesures in situ, télédétection (lidar LEANDRE 2, radar ASTRAIA-ELDORA),

dropsondes

c Equipements prioritaires : sans ces équipements, la réalisation des objectifs scientifiques est impossible.


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• Ballons à volume constant largués depuis la côte (par ex. Cotonou)

• Campagne EGEE / SOP_1 sur zone [2-7°N, 2°W – 3°E]:

- Navire océanographique (Thalassa, Atalante, Pourquoi Pas ou Beautemps-Beaupré) pendant 50 j.

- Hydrologie (profils CTD) et courantométrie (SADCP, LADCP) de la surface au fond

- Largage de bouées et de sondes XBT, XCTD, mesures en continu

- Mesures météorologiques sur un mât instrumenté

Equipements optionnelsd :

• D/Falcon avec lidar Doppler WIND

• Profileur de vent UHF-RASS et/ou VHF

• Lidar Doppler sol

4.4.2.2 SOP_1.2 « Végétation et bilan d’eau »


• Stations pour mesure des flux (chaleur sensible et latente, rayonnement)

• Stations pour mesure de la végétation et de l’humidité des sols ( → LOP-EOP)

Equipements optionnels :

• F/ATR ou NRL/P3 pour la télédétection de l’humidité des sols

4.4.2.3 SOP_1.3. « Chimie de la basse et moyenne troposphère »


• Stations pour mesure des émissions de surface des gaz trace et des aérosols (e.g. IDAF,

ORA/PHOTONS → LOP-EOP, compteurs optiques, impacteurs, TEOM)

• 1 Station de surface pour mesure des flux d’émission et de dépôt des aérosols terrigènes

• Camion labo du Laboratoire d’Aérologie

• F/ATR pour des mesures in situ de CO, O3, NOX, COV, …

• Sondages O3 renforcés

d Equipements optionnels : la présence de ces équipements améliorerait ou faciliterait la réalisation des

objectifs scientifiques.


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4.4.3 SOP_2 « Maximum de la mousson »

4.4.3.1 SOP_2.1 « Bilan d’eau troposphérique et conditions de surface »


• 3 radars polarimètriques Doppler (LTHE/X-Port, CETP/Ronsard, NCAR/S-Pol) à environ 50 km

de distance (site CATCH de la haute vallée de l’Ouémé, Benin ; ou à proximité de Niamey, Niger)

• réseau de pluviomètre et disdromètres, mesures d’humidité des sols et de subsurface, mesures

hydrologiques

• Stations pour mesure des flux (chaleur sensible et latente, rayonnement)

• Radiosondages renforcés (quadrilatère centré sur la ZI)

Equipements optionnels:

• F/ATR et NRL/P3 pour des mesures in situ thermodynamiques, microphysiques et chimiques

avant et après le passage des systèmes précipitants

• F/Falcon pour des dropsondes autour de la ZI

• Profileur de vent UHF et/ou VHF

• NRL/P3 avec radar Doppler ELDORA-ASTRAIA et lidar vapeur d’eau LEANDRE

• D/Falcon avec lidar Doppler WIND

• Lidar aérosol

4.4.3.2 SOP_2.2 « Propagation et évolution des systèmes précipitants , interactions avec

les échelles synoptiques »


• F/Falcon avec dropsondes

• NRL/P3 avec radar Doppler ELDORA-ASTRAIA et lidar vapeur d’eau LEANDRE

• Driftsondes

4.4.3.3 SOP_2.3a « Influence des systèmes précipitants sur la capacité oxydante de

l’atmosphère »


• UK/BAe pour des mesures chimiques en moyenne troposphère


65

• F/Falcon pour des mesures chimiques en haute troposphère (O3/CO : analyseurs MOZAIC, NOX :

MONA, COV : cartouche ou cylindre, radicaux HOX HCHO CH3CHO : spectromètre de masse

SAMU), ou D/Falcon avec une instrumentation chimique comparable

• F/ATR pour des mesures chimiques en couche limite et basse troposphère

• Sondages O3

• Détection des éclairs (optionnel: localisation 2D ou 3D)

• Stations pour mesure des émissions de surface des gaz trace et des aérosols

• Mesures coordonnées par radars Doppler sol et/ou aéroporté

4.4.3.4 SOP_2.3b « Caractérisation de la tropopause tropicale »


• UK/Egrett et/ou M55-Geophysica pour des mesures dynamiques, microphysiques, radiatives et

chimiques vers la tropopause

• F/Falcon et/ou D/Falcon pour des mesures in situ et/ou par télédétection en haute troposphère

• Ballons stratosphériques pour des mesures chimiques in situ

4.4.3.5 SOP_2.4 « Aérosols, nuages et effets radiatifs »


• Stations de surface ORA/PHOTONS pour la mesure du contenu atmosphérique en aérosols et

humidité

• F/ATR pour des mesures des caractéristiques physico-chimiques et optiques des aérosols

terrigènes, et mesures microphysiques et radiatives

• F/Falcon avec radar-lidar RALI, pour des mesures microphysiques et radiatives par télédétection


• UK/Egrett et/ou M55-Geophysica pour des mesures dynamiques, microphysiques et radiatives

vers la tropopause

• F/ATR avec lidar aérosol


66

4.4.4 SOP_3 « Fin de la mousson et export vers l’Atlantique tropical »

4.4.4.1 SOP_3.1. « Perturbations de mousson et cyclogénèse tropicale »


• F/Falcon avec dropsondes

• NRL/P3 avec radar Doppler ASTRAIA-ELDORA et lidar vapeur d’eau LEANDRE

• Driftsondes, Ballons à volume constant et/ou Aéroclippers largués depuis la côte du Sénégal ou

depuis une île du Cap Vert

• Campagne EGEE / SOP_3 sur zone [10-15°N, 20-25°W]:

- Navire océanographique (Thalassa, Atalante, Pourquoi Pas ou Beautemps-Beaupré) 50 jours

- Hydrologie (profils CTD) et courantométrie (SADCP, LADCP) de la surface au fond

- Largage de bouées et de sondes XBT, XCTD, mesures en continu

- Mesures météorologiques sur un mât instrumenté


• F/ATR pour des mesures in situ en couche limite

Observations coordonnées

• Programme de recherche américain sur l’Atlantique tropical centre et/ou Ouest

4.4.4.2 SOP_3.2 « Evolution du panache ouest-africain »


• F/ATR pour des mesures situ aérosol, radiatives et microphysiques, lidar aérosol (si compatible)

• F/Falcon, D/Falcon et/ou UK/BAe pour des mesures chimiques


• Mesures chimiques simultanées à Niamey, Niger.

Observations coordonnées

• Programme de recherche américain sur l’Atlantique tropical centre et/ou Ouest


67

Synthèse Instrumentation SOP Spécifique

Atmosphère – Instruments au sol

Code Instrument Plate-forme ou site Description Institution/Projet PI Période

S.Bistat Bistatic Doppler radar antennas

Donga Catchment (Super-Site) 2 passive receivers for 3D winds and reflectivity

DLR Martin Hagen [email protected]

2006

S.ITF Interferometer for 3D lightning detection

Donga Catchment (Super-Site) 2-3 stations for receiving VHF-signals from lightning channels

Osaka University DLR

Zen Kawasaki [email protected]

Hartmut Höller [email protected]

2006

S.GPS_1 GPS station network Regional Window 7 GPS stations over meridional transect CNRS/IGN/SA M.-N. Bouin [email protected] O. Bock [email protected]

2006..

Mini-sodars Northern (Niamey)quadrilateral

3 Scintic mini-sodars Leeds/UFAM D. J. Parker 2006

Tethered balloon Hombori Instrumented for winds and fluxes Leeds/UFAM D. J. Parker 2006 S.SOUND Radiosonde Parakou RS92-SGP (enhanced sounding

frequency)

U.Koeln A. Fink [email protected]

2006

*.


68

Atmosphère – Instruments embarqués sur avions

Code Instrument Plate-forme ou site Description Institution/Projet PI Période

S.Lea1_FF Lidar LEANDRE NG French Falcon Backscatter lidar (532 and 1064 nm)

CNRS/SA J. Pelon [email protected]

2006.

S.Lea2_P3 Lidar LEANDRE 2 NRL P-3 Differential absorption lidar for water vapor mixing ratio monotoring in the lower

troposphere

CNRS/SA C. Flamant [email protected]

2006

S.Wind_GF Lidar WIND German Falcon Doppler wind lidar for 3D wind measurements in the troposphere

CNRS/DLR A. Dabas: [email protected]

P. Drobinski : [email protected] Oliver Reitebuch: [email protected]

2006

S.Pold_FF Polder radiometer French Falcon CNRS/LOA D. Tanré 2006. S.Chem_GF

In-situ chemistry German Falcon Instrumentation for measuring O3,H2O, CO, HCOH, RO2, NO, NOy,SO2, Acetone, VOC

DLR Hans Schlager: [email protected]

2006

S.Aero_GF In-situ aerosol German Falcon Instrumentation for measuringaerosol size distributions, aerosolvolatility, and multi-spectralaerosol absorption coefficients

DLR Andreas Petzold [email protected]

2006

S.Chem_UL

Ultra leight Chemistry and meteorology inPBL

IMK-IFU Wolfgang Junkermann

[email protected]

2006


5.1 Objectifs

Sur l’Afrique de l’ouest et les régions adjacentes, on dispose de nombreuses données de satellites

défilants et géostationnaires, en visible-IR et micro-ondes, correspondant à une large gamme de résolutions et de couvertures spatio-temporelles. Les mesures spatiales devraient apporter des informations précieuses pour étudier les processus hydrologiques et la biosphère continentale en relation avec les phénomènes atmosphériques, ainsi qu’en interactions avec les interventions humaines (évolution de pratiques agricoles, par exemple), la surface océanique, les transferts d’énergie entre surface et atmosphère, les processus et l’évolution des caractéristiques atmosphériques physiques et chimiques.

Plus précisément, les données satellitales apparaissent nécessaires car : • elles représentent le seul moyen d’accéder à l’évolution du continent ouest africain à des

échelles de temps comprises entre 1 jour et plusieurs années ; • elles sont complémentaires des mesures de terrain pour « spatialiser » ces mesures à des

échelles plus grandes ; • elles permettront de valider et améliorer les modèles atmosphériques et de surface / sub-

surface (continent, océan) ; • elles contribueront à la réalisation des campagnes de terrain (aide à la prévision immédiate). Par ailleurs, AMMA constitue un cadre optimal pour améliorer les méthodes d’analyse et

d’inversion des mesures spatiales : • validation / amélioration des algorithmes MSG, Calipso/Cloudsat, Envisat, Metop ; • élaboration et validation de traitements multicapteurs adaptés aux régions tropicales (entre

autres préparation des missions GPM et Megha/Tropiques); • développement de nouveaux outils ou méthodes d’analyse et d’exploitation de données en

interaction avec les mesures in situ et surtout les modèles. L’archivage et l’exploitation des données existantes et prévues dans les années prochaines est donc

un enjeu important pour la communauté AMMA et plus largement pour les équipes engagées dans les programmes spatiaux d’observation de la terre. Les équipes françaises qui coordonnent le programme ont centré les objectifs autour du cycle de l’eau, et les travaux engagés par le groupe satellite (et soutenus par le PNTS) concernent de façon prioritaire les problèmes de détermination et suivi de l’eau atmosphérique, en relation avec l’hydrologie continentale. Une partie aérosols et composés chimiques est aussi engagée et soutenue par le PNCA.

5 Composante Satellite

Document de travail AMMA Version du 25/02/04

70

5.2 Stratégie

Les participants au groupe de travail (GT) Satellites AMMA ont entrepris depuis le début 2002 de coordonner leurs efforts d’exploitation des données spatiales. Tous les domaines thématiques sont couverts. L’organisation du GT AMMA-Satellites suit une logique d’échelle pour éviter un cloisonnement thématique. La figure 5.1 montre les domaines d’étude au moyen des satellites.

Fig 5.1: Les différents domaines d’études pour la partie satellite

Les différents domaines et échelles

L’utilisation des satellites est pertinente pour des études couvrant toutes les échelles de temps et d’espace. Cependant, on peut considérer qu’il existe une hiérarchie d’échelles et de domaines emboîtés telle que représentée dans la figure 5.1. Cette structuration en échelles est nécessaire pour permettre l’archivage et l’utilisation optimale des données :

• Grande échelle (domaine rouge): 40° E, 60° W, 35° S, 35° N : A grande échelle, une résolution de grille de 25 – 30 km semble cohérente avec la plupart des besoins, quitte à re-échantillonner les produits à 0.5° ou 1°. Une très grande échelle à 1° de résolution est également envisageable pour les études du climat tropical ou global. La résolution temporelle sera celle des capteurs disponibles, incluant les produits de type ISCCP (quelques heures à plusieurs jours ou même semaines). Le choix sera effectué en tenant compte de la variabilité temporelle de chaque variable.

• Moyenne échelle (domaine bleu, extension envisagée au domaine grande échelle): 25°E, 25°W, 30°N, 25°S : C’est le domaine des études saisonnières sur le continent ouest africain, le Golfe de Guinée et l’Atlantique subtropical nord. Les données Meteosat, Polder, etc seront utilisées. Cette résolution est souvent utilisée dans les simulations MesoNH. Même remarque que précédemment pour le temporel : seul le géostationnaire permet une bonne résolution temporelle, permettant de décrire le cycle diurne.

• Petite échelle (domaines verts):

-Fenêtre SOP: 2°W-5°E, 0-17°N

-Fenêtre au Sénégal (à définir en fonction des demandes des hydrologues travaillant sur le bassin du Sénégal, et des besoins de la SOP3)


71

Ces domaines sont restreints aux régions encadrant les zones d’observation intensive et continue : la bande Ouémé Niamey et le bassin ouest du Sénégal, qui intéresse des collègues danois partenaires du projet et de la phase 3 de la SOP. A cette échelle, la résolution temporelle devient essentielle (cycle diurne, effets des précipitations pendant la saison de mousson), d’où la restriction géographique pour ne pas faire exploser le système informatique.

• Très petite échelle (résolution 100m) (domaines jaunes):

-Bassin de l’Ouémé : 1.30-2.48°E; 8.54-10.12°N, Degré de Niamey : 2-3°E; 13-14°N -Bassin du Gourma (Mali) : 1°W - 2°W /14.30°N - 17°N. Ces zones recouvrent celles de la très petite échelle, pour laquelle les jeux de données sont très restreints (1 par 35 jour pour le SAR ERS/Envisat, un peu plus pour SPOT/Landsat). Les zones d’intérêt sont celles où des mesures in situ sont effectuées, pour ajuster les algorithmes et spatialiser les mesures locales.

Deux sous-groupes ont été constitués, l’un qui s’intéresse aux grande et moyenne échelles, et par extension, les relations avec le global (I. Chiapello, coordinatrice); l’autre, centré sur les petites échelles, s’intéresse davantage aux processus locaux (coordination M. Zribi). Une base de données est en cours de construction sur cette logique d’échelle, appliquée aux instruments spatiaux (section 7).

Les deux groupes ont défini des priorités scientifiques. Certaines de ces activités se développent dans le cadre de projets thématiques examinés par d’autres programmes (PATOM, PNCA surtout), ou par le CNES (préparation de futures missions spatiales). La coordination entreprise dans le GT vise à rassembler ces expertises et les résultats pour l’ensemble de la communauté AMMA. Après avoir recensé les travaux engagés et proposés, le groupe a identifié des besoins d’études spécifiques importantes pour qualifier ou améliorer les traitements des données spatiales, afin de mettre à la disposition de tous des champs traités optimaux, dans une base de données dédiée.

Les années 2003 et 2004 seront ainsi consacrées à la réalisation d’actions de recherche prioritaires. Il s’agit en premier lieu de valider et améliorer les inversions des données, en considérant l’ensemble des mesures utiles et non seulement celles d’un capteur. Des méthodes statistiques, physiques ou combinées pourront être développées dans ce cadre. S’y ajoutent des méthodes de traitement d’images ou du signal qui combinent des informations de nature différentes, ou de résolutions différentes afin d’optimiser l’analyse spatio-temporelle des phénomènes :

• Intercomparaison et validation des paramètres de la surface continentale issus des différentes méthodes d’inversion développées actuellement ; analyse des restitutions à fine résolution / grande échelle. Des régions et des périodes communes seront traitées (zone HAPEX/Sahel en 92,bassin de l’Ouémé en 2000, par exemple) M.Zribi, E. Mougin, J.L.Roujean, C. Prigent (demandes PNTS coordonnés par Zribi et Mougin)

• Analyse des informations concernant la vapeur d’eau et les nuages non-convectifs sur le continent (profils et contenus intégrés) coordinatrice M.Vespérini (avec G.Sèze, L.Eymard, C.Prigent, M.Boucher, …) (demande PNTS 2003)

• Précipitations : validation des méthodes (application à TRMM en priorité) et exploitation des mesures pour l’étude des bilans d’eau cadre projet PATOM de JP Lafore, avec N. Viltard et I. Jobard (coordination M. Desbois)

• Aérosols troposphériques : caractérisation et étude des sources désertiques et carbonées en relation avec les propriétés de surface (action interdisciplinaire) coordinatrice I.Chiapello (avec M.Zribi, C.Prigent, C.Liousse, JL.Attié).

• Assimilation de données de chimie atmosphérique : L’utilisation des données MOPITT et Schiamachy pour suivre les concentrations en CO (associé aux feux de biomasse) en relation avec la dynamique par assimilation est un développement important de l’utilisation des mesures spatiales (demande de J.L. Attié au PNCA).


72

5.3 Liens avec les autres composantes

Comme indiqué plus haut, un des objectifs principaux du groupe satellite est de contribuer à l’ensemble du projet AMMA en apportant des informations issues des satellites aux autres groupes. En retour les données terrains (LOP, EOP, SOP) sont essentielles pour évaluer les algorythmes utilisés. Des réunions ou interactions préliminaires avec les groupes LOP, EOP, et SOP ont montré l’importance d’une forte coordination entre les activités de ces groupes et le GT Satellites:

• pour le groupe LOP, un volet important est la spatialisation des mesures effectuées sur les “ super-sites ” à l’échelle des bassins ou zones expérimentales : les variables déduites des mesures satellitales permettront de suivre l’évolution temporelle de ces petits domaines. Des études en hydrologie, et de suivi de la couverture végétale sont engagées dès 2003 en couplant mesures satellitales et mesures locales ;

• le suivi de l’évolution saisonnière (EOP) est fondé sur un réseau de mesures in situ assez dispersé, pour lequel les satellites seront très complémentaires, sous réserve de validation des champs dérivés su l’ensemble du continent (golfe de Guinée Sahel) ;

• la réalisation et l’exploitation des mesures de terrain durant les phases de SOP impliqueront l’utilisation de données satellitales permettant de spatialiser les mesures locales et l’aide à la prévision, comme cela a été réalisé durant INDOEX (utilisation d’une analyse temps réel des données MSG reçues sur une station de réception locale – cadre PUMA prévu);

• l’interaction avec le groupe Modèles démarre seulement, mais on peut penser que ce groupe sera demandeur des champs dérivés des mesures spatiales pour valider les sorties de modèles, et de données permettant l’initialisation des modèles. Les spécifications de la BDD envisagées actuellement seront rediscutées avec ce groupe pour vérifier l’adéquation des résolutions spatiales et temporelles, ainsi que les domaine avec les projets du groupe.

5.4 Moyens

Les données satellitales intéressant le projet sont d’origines variées (ESA, NASA, NASDA principalement). Certaines sont déjà acquises dans des laboratoires, et sont / seront mises à disposition du GT. D’autres doivent être demandées gratuitement ou non. Suite à l’acceptation d’une proposition coordonnées AMMA à l’appel d’offres ESA/WMO, les données de l’ESA (SAR, MERIS) seront fournies gratuitement. Ces données seront archivées à l’IPSL et exploitées pour alimenter la base de données. Avec le soutien du CNES, un prototype doit être construit à l’IPSL pour mettre en place les outils d’analyse, interpolation, et vérifier l’intérêt de la base auprès des utilisateurs sur une période limitée. Dans un deuxième temps, la BDD devrait être transférée dans le pôle thématique ICARE qui la développera (exploitation des années passées depuis les années 80, et extension au cours du programme AMMA) et assurera le service aux utilisateurs, ainsi que la mise e place de nouveaux outils ou champs.


73

Le projet AMMA propose d’étudier le système de la mousson Africaine sur une gamme d’échelles temporelle très large

(quelques heures à la décade) mettant en jeu l’atmosphère (dynamique et chimie), la biosphère, l’hydrosphère et l’océan, et leurs couplages. La modélisation a un rôle central de par sa capacité à intégrer différentes mesures, processus et échelles, et à tester des scénarios et schémas conceptuels issus de l’analyse des observations. Cet aspect a été développé dans le livre blanc.

L’utilisation des modèles comme celles des observations se retrouve donc référencée dans l’ensemble du projet AMMA (cf partie 4 du document « Projet AMMA ») et ne doit pas être séparée en tant que telle. L’assimilation et la modélisation font partie des outils et méthodes au même titre que les observations d’AMMA, utilisés pour atteindre les objectifs d’AMMA, i.e. aussi bien pour comprendre les processus, le système intégré de la mousson africaine, les impacts que pour développer des systèmes de prévision de l’échelle journalière à l’échelle climatique. Dans cette section, ne seront donc traités que les aspects inventaires, évaluations et améliorations des modèles et de leurs produits dérivés (e.g. flux évapotranspiration), les lecteurs pourront se référer à la partie 4 du document « Projet AMMA » qui correspond au plan de travail reposant sur l’utilisation des observations et des modèles.

6.1 Etat des lieux et mobilisation de la communauté

L’atelier pré-AMMA de Toulouse (Avril 2001) nous avait permis de réunir une vingtaine de « modélisateurs » et de faire un point partiel sur les intérêts et les outils numériques de chacun. De cette synthèse un petit groupe a écrit la contribution au Livre Blanc pour la partie modélisation. Des réunions nationales et internationales ont permis d’affiner les objectifs. Un premier travail a consisté en un inventaire des outils disponibles dans la communauté française impliquée dans AMMA, et des actions en cours et projets aux programmes nationaux concernés. L’ensemble a été résumé sous forme d’une quinzaine de tableaux synthétiques donnés en Annexe B du présent document. Cet inventaire est utile pour avoir une idée globale des différentes actions, d’analyser les liens entre elles et de détecter les faiblesses et domaines essentiels non ou mal couverts. Cet inventaire sera maintenu à jour à l’aide du réseau associé au groupe de travail de modélisation. L’étape suivante a été franchie avec une réunion modélisation AMMA (Jan 2003) qui a réuni une quarantaine de personnes dont des interlocuteurs des parties observationelles incluant la partie satellite. La discussion finale et les exposés de synthèses (17), ont permis de faire quelques recommandations prioritaires. L’atelier de la modélisation atmosphérique organisé par Météo-France (Déc 2003) a été l’occasion de rassembler pendant 3 jours la communauté française des modélisateurs impliqués dans AMMA et également dans la modélisation intégrée du climat. Cet atelier a permis de renforcer la mobilisation de cette communauté sur AMMA et de convaincre de l’intérêt à rassembler des personnes travaillant avec des outils très différents (échelles et disciplines) pour étudier une même problématique. L’état des lieux montre qu’on dispose d’un ensemble de modèles en général adapté à une gamme d’échelles particulière (circulation générale, méso-échelle, convective, grand ou petit bassin versant, paysage…). Ils ne s’intéressent souvent qu’à une des composantes considérées par AMMA, et

6 Composante Modéle


74

prennent en compte le couplage entre celles ci encore que rarement. Par ailleurs cette multiplicité d’outils qui a sa richesse et ses inconvénients, est le reflet de l’histoire de chaque laboratoire et de ses préoccupations spécifiques (opérationnelle, étude de mécanismes, méthodologie…). L’état de développement de ces modèles et de leurs couplages est variable suivant les disciplines. Pour l’atmosphère, la chimie atmosphérique et l’océan, leur stade de développement est relativement avancé en mode couplé ou non-couplé. A l’opposé pour la biosphère et l’hydrosphère, ces modèles sont moins avancés à cause de la forte hétérogénéité de ces milieux et de leur extrême complexité. L’agrégation du traitement de l’ensemble de ces processus pour modéliser leur comportement intégré à une échelle compatible avec les autres composantes de la mousson africaine reste un défi. A quelques exceptions près, AMMA ne développera pas des outils numériques propres à sa problématique mais se propose d’élaborer des méthodologies d’utilisation et de validation de ces outils pour étudier la MA, en synergie avec les observations et les théories. Une retombée de cette démarche est l’évaluation de ces outils numériques au niveau des processus et de leurs couplages, l’identification des faiblesses et l’amélioration des paramétrisations.

6.2 Objectifs

Lors de la première phase d’AMMA, une des tâches des modélisateurs est une implication forte dans les différents groupes de travail AMMA (Satellite, LOP, EOP et SOP) pour intégrer la composante modélisation en synergie avec les observations et développer des approches adaptées aux objectifs scientifiques d’AMMA. Cette démarche se traduit au niveau de la démarche scientifique d’AMMA (cf partie 4 du document « Projet AMMA ») et dans les faits au niveau national par une série de projets soumis aux différents programmes nationaux (PATOM, PNEDC, PNRH, PNCA, PNTS) où les modèles sont intégrés aux méthodologies et stratégies proposées et où les modélisateurs ont parfois un rôle de leader. En dehors des objectifs scientifiques utilisant l’assimilation et la modélisation décrits par ailleurs, les objectifs du groupe modèle sont centrés sur la système intégré de la MA:

• Evaluation des performances et faiblesses des outils numériques pour étudier le système intégré MA

• Intégration des données et connaissances acquises dans AMMA pour améliorer ces outils • Evaluation de ces améliorations • Mise à disposition de ces outils et des données qu’ils générant aux partenaires AMMA

6.3 Travaux

6.3.1 Travaux généraux

Au niveau européen, le travail a été structuré en 3 volets. Nous proposons de suivre ce canevas de travail comme point de départ au niveau français:

• Assimilation de données pour l’atmosphère et les surfaces continentales. Ces travaux sont essentiels aussi bien pour améliorer la qualité des prévisions du temps, des prévisions saisonnières que pour étudier le bilan du cycle de l’eau dans la MA qui est un objectif prioritaire d’AMMA


75

• Evaluation et amélioration des modèles climatiques globaux et régionaux (incluant les 3 composantes Océan-Atmosphère et Surface). Un travail important consistera à définir des diagnostics pertinents pour évaluer le fonctionnement de la MA et qui seront intégrés dans tous les modèles. Des actions spécifiques sont prévues pour tester le comportement des paramétrisations et leur interactions (e.g. dans le cadre d’un modèle idéalisé) afin d’identifier leur impact sur la simulation du système mousson et celles qui sont les plus critiques. Ce travail guidera le choix des paramétrisations à améliorer en priorité.

• Assimilation et modélisation de la chimie atmosphérique et des aérosols dans la MA et de leurs interactions avec la dynamique atmosphérique. La capacité des analyses et modèles actuels à représenter un cycle saisonnier typique de la MA n’est en effet pas encore établi. Les exercices d’intercomparaison de modèles et de sensibilité seront une étape importante dans le travail proposé.

Le détail de ces travaux est donné dans la partie 4.4 du document «Projet AMMA» et ne sont donc pas redonnés ici.

6.3.2 Travaux engagés de manière prioritaire

Au niveau français, un certain nombre de travaux jugés importants à mettre en place au plus tôt ont été lancés en 2003. Le point sur ces travaux et le plan pour 2004 seront donnés dans le plan de travail national qui sera envoyé au Comité inter-programmes AMMA. D’autres actions sont en cours de lancement.

Année de référence (2000).

L’idée a été de définir des enjeux communs autour d’une année de référence pour permettre de fédérer la communauté de modélisation française en favorisant la convergence de travaux menés jusqu’à présent généralement en parallèle. Ce choix permettra de faire les premières intercomparaisons de modèles, de comparer les échelles simulées et de repérer les complémentarités qui existent dans la communauté. Cette initiative permet aussi de lancer les débats sur l'importance des différents processus et sur la meilleure façon de les représenter. La plupart de modèles ont besoin de conditions limites pour l'année 2000. Celles-ci sont en cours de préparation et une fois l'exercice en cours elle pourront être comparées avec les sorties des modèles qui les simulent. L’année 2000 est aussi une année de référence pour le groupe Satellite d’AMMA, la composante Chimie (données satellite de CO du radiomètre MOPITT) et plus récemment par le groupe Précipitation AMMA. C’est également l’année de l’expérience JET2000, sur laquelle des travaux de moyenne et fine échelle sont effectués avec Meso-NH. La saison des pluies de l’année 2000 est marquée par une forte variabilité intra-saisonnière à 14 jours (Janicot travail non publié). Ce choix n’est cependant pas optimal pour l’hydrologie (données moindres). Deux premiers axes aideront à la synergie entre modèles et observations :

• Etudier la variabilité interne sur 2000 des modèles de Climat (simulation d’ensemble) sensibilité aux paramètres endogènes de ces modèles, exploration des incertitudes des GCMs.

• Utiliser la 1ère maquette des produits proposés pour la base de données par le groupe Satellite d’AMMA (début 2004). L’année 2000 permettra une évaluation des modélisateurs de ces données pour initialiser et valider les modèles.

Reconstitution des flux de surface et de l’humidité des sols. Le cycle de l’eau est un thème central du projet AMMA. A l’intérieur de ce cycle, la connaissance quantitative des flux sol-atmosphère est essentielle (existence d’effets mémoires des réservoirs d’eau


76

dans le sol à la fois pour la prévision saisonnière que pour la prévision journalière des pluies). Les avancées scientifiques et opérationnelles bloquent sur la difficulté de déterminer de manière quantitative les flux d’évapotranspiration. Les enjeux sont importants en terme de prévision saisonnière basée actuellement sur la seule variabilité des températures de mer. En tenant compte de celle des sols, on peut espérer augmenter fortement la prévisibilité saisonnière. Deux approches complémentaires sont possibles, d’une part par le forçage de modèles SVAT, d’autre part l’assimilation.

a) Forçage d’un SVAT: Cette approche fournit des produits qui ne sont pas des observations directes et sont fortement

dépendants des caractéristiques du SVAT utilisé. Il est donc important d’effectuer ces reconstitutions pour plusieurs SVAT et plusieurs ensembles de données de forçage d’origine et qualité différente. Ces données seront disponibles à la communauté AMMA. En France au minimum 2 SVAT (ORCHIDEE et ISBA pour respectivement le LMD et le CNRM) seront utilisés. La difficulté majeure est de préparer les champs de forçage. Nous envisageons plusieurs solutions en fonction de l’échelle (globale ou régionale) en commençant par ce qui est disponible même si on espère des produits de qualité et résolution supérieure ultérieurement.

• Dans le cadre global GLDAS : le LMD reconstitue les champs de forçage du NCEP pour l’année 2000. La qualité sera celle que l'on peut obtenir à l'échelle globale en utilisant les re-analyses, les données CRU ou le rayonnement télédétecté.

• Dans le cadre global GSWP2 (résolution de 1° sur la période 82-95) le CNRM et le LMD sont participent avec leur SVAT et les résultats seront disponibles été 2004. Des tests de sensibilité à la physiographie et à la version du SVAT utilisés seront effectués.

• Pour préparer des jeux de forçages de meilleure qualité et résolution sur l’Afrique, une action a été engagée en se focalisant sur l’année 2000 en impliquant fortement les groupes Satellite, Surface et Pluie d’AMMA. Le SAF-LAND (avec MSG) sera utilisé pour caractériser la surface (Albedo, LAI…) avec également la climatologie ECOCLIMAP, le flux SW descendant sera fourni par le CMS. La plus grosse difficulté reste les précipitations (6h et au minimum journalière) dont la qualité (1mm/j) conditionnera en grande partie la qualité des reconstitutions.

• A plus fine échelle, étant donné l’hétérogénéité des sols, la définition de l’humidité des sols (et de sa structure verticale) est problématique. Ces questions sont examinées en détail par le LTHE, le CESBIO et le CETP (projet PNTS et groupe de travail AMMA-SAT/Surface).

b) 2D-Var ARPEGE :

Une assimilation 2D-Var des observations de surface T2m et HU2m a été développée au CNRM pour corriger l’humidité des sols du modèle régional ALADIN. Ce développement opérationnel est en cours de portage dans ARPEGE-NWP. Ainsi on devrait disposer à terme d’un produit opérationnel sur l’Afrique (à ~50km). Ces produits seront comparés aux autres méthodes car si cette méthode produit une humidité du sol qui améliore la prévision, elle ne détermine pas si les états du sol obtenus sont plus proches de la réalité qu'un modèle « free running ». Des premiers résultats concernant deux mois de l’année 2000 sont très encourageants.

Analyse de l’humidité atmosphérique. Ce besoin est également majeur et représente un défi aussi bien à l’échelle globale que locale. Les travaux en cours, en particulier dans le cadre d’un projet PNTS (M. Vesperini), sont suivis par le groupe modèle et permettent de renforcer la coopération avec les groupes d’assimilation (CNRM et CEPMMT). Des synergies sont également développées avec le projet AROME de Météo-France (prévision numérique à fine échelle) où un effort est porté sur l’analyse du cycle de l’eau.


77

Besoins en données satellites. Les produits AMMA-SAT seront proposés pour 4 grilles d’extension et résolutions différentes (100m, 1km, 10 km et 25-30km). Les modélisateurs ont essayé de préciser leurs besoins en données satellites mais cela reste cependant encore à affiner pour AMMA-SAT. Les modélisateurs soulignent également l’intérêt de développer des opérateurs d’observation pour évaluer les modèles et pour l’assimilation directe des radiances. Cependant cela ne remet pas en cause l’intérêt et l’effort d’AMMA-SAT pour fournir des produits géophysiques pour les modèles et l’assimilation.

Flux de surface océanique. Outre leurs objectifs propres (circulation dans le golfe de Guinée), l’implication de la communauté océanographique est importante pour AMMA, en particulier à travers la meilleure estimation des flux de surface et de leur variabilité qu’elle apportera. Il semble nécessaire de documenter ces flux jusqu’au 20°S. L’année 2000 est judicieuse avec EQUALANT et des travaux engagés dans l’esprit des objectifs AMMA.


78


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La mise en place de bases de données correspond à un point important pour le succès du

projet AMMA. A la différence d'autres projets communautaires d'expérience de terrain de 1 à 4 mois (e.g. PYREX, TOGA-COARE, FASTEX, MAP, ESCOMPTE), le projet AMMA comporte aussi des aspects d’observations longues durées et d'archives historiques tant au niveau des données de terrain que des données satellitaires.

Considérant la quantité et la diversité des sources d’informations utiles au projet, il apparaît indispensable d’organiser la gestion optimale de l’archivage et de l’utilisation des données, au travers de la constitution de bases de données. L’extrême hétérogénéité des données (depuis des réseaux d’observations ponctuelles sur de longues durées jusqu’à des descriptions volumiques de l’atmosphère sur de courtes périodes, en passant par des champs bi ou tridimensionnels de résolutions et d’échelles différentes), conduit à la création non pas d’une mais de plusieurs bases de données, correspondant à des types d’observations ou des approches différentes. Les bases suivantes ont été recensées et sont décrites plus en détails dans les sections suivantes : o Méta données : recensement et description de toutes les données archivées, et portail d’entrée des

bases de données AMMA.

o Données historiques (DH) : mesures locales météorologiques et de surface sur le continent africain

acquises en routine depuis plus de vingt ans

o Données long terme (LOP) : mesures locales sur des sites particuliers, pour la période 2001–2010

o Données de la période d’observations renforcée (EOP) : mesures du réseau de stations

opérationnelles renforcé durant deux cycles annuels, et informations complémentaires

o Données de la période d’observations intensive (SOP) : mesures effectuées sur le terrain durant

l’année centrale du projet, incluant une large palette d’instruments de mesures pour l’atmosphère,

l’océan et la surface continentale

o Données satellites : champs bi ou tridimensionnels de différentes résolutions spatiales et

temporelles couvrant tout ou partie de la région d’intérêt

o Sorties de modèles : champs bi et tridimensionnels issus de modèles opérationnels ou de

recherche couvrant des différentes échelles et résolutions spatiales et temporelles

Parmi les diverses bases ci-dessus, certaines sont ou seront construites complètement pour le projet. D’autres recouvrent des bases en cours de construction pour d’autres objectifs (ex. les bases des réseaux d’observation d’Afrique de l’Ouest – ORE -). Il est envisageable de fusionner les bases LOP et EOP car leur philosophie de construction est identique. Certaines seront localisées à Médias-France, d’autres à l’IPSL. Il n’est pas exclu que la base SOP doive comprendre une partie (voire être en totalité) développée à l’étranger par les partenaires européens ou américains du projet.

Cette diversité de nature et de localisation constitue un défi pour la réalisation informatique des bases et de leur utilisation par les scientifiques. Un cas extrême peut être pris comme exemple : il est souhaité qu’un chercheur africain, ne disposant que d’un PC connecté à Internet puisse accéder à l’ensemble des données archivées, sans savoir où sont les archives ; il doit pouvoir extraire les données qui l’intéressent, les visualiser séparément ou avec des superpositions et exécuter un ensemble de traitements informatiques prédéfinis directement. Il faut envisager également qu’un accès informatique sur une machine liée aux bases AMMA lui permette des travaux d’analyses plus

7 Composante Base de données


80

spécifiques, sans avoir à transférer tous les jeux de données nécessaires sur sa machine locale. Ceci implique une interopérabilité totale des bases de données, transparente pour les utilisateurs.

Ajoutons à cet objectif que des impératifs de sécurisation et de restriction d’accès doivent être pris en compte, sans multiplier les barrières sur chaque base. Afin de faciliter la mise en œuvre du projet AMMA, et vu l’importance des banques de données dans un tel projet, il est mené une réflexion sur la méthodologie envisageable pour la conception et la réalisation d’une telle tâche.

L’objectif dans ce domaine est la mise en place d’une architecture distribuée de méta données et de bases de données, pour une meilleure gestion/accessibilité aux données du projet AMMA.

Catalogue des données (Portail de recherche)

Base de Méta donnéesAMMA

SAT

Protocole d ’échange des données distribuées

SOP

1. L ’utilisateur recherchedes données par différents critères

(géographiques, temporels, thématiques…)

2. Le portail interrogele serveur de métadonnées

5. L ’aiguilleur interroge les sources de données

adéquates

3. Le serveur renvoie la liste des données répondant aux critères de sélection

EOP DH

Protocole d ’échange des données distribuées

4. L ’utilisateur choisit une liste de données

6. Le serveur renvoie les donnéesà l ’utilisateur (Ou un lien ftp)

MODEL LOP

Architecture distribuée de la banque de données AMMA

Fig 7.1: Architecture distribuée de la banque de données AMMA


81

7.1 AMMA-Meta (Méta Données) (Responsabilité de Médias-France)

Le projet AMMA va nécessiter d’une part un inventaire et une politique d’échanges des données existantes et d’autre part l’élaboration d’un grand nombre de bases de données thématiques adaptées aux multiples disciplines, aux multiples sites expérimentaux, aux différentes échelles de temps envisagées (AMMA-DH : Données Historiques, AMMA-SAT : données satellitales, AMMA-LOP, AMMA-EOP, AMMA-SOP, AMMA-MODEL). La production de bases de données par différents laboratoires ou organismes nationaux mais aussi internationaux en Afrique, aux USA et en Europe rend nécessaire, pour une réelle utilisation multidisciplinaire mais aussi pour favoriser une grande transparence des données utilisables, la mise en œuvre d’une base de méta données.

Les méta données sont des données qui décrivent d'autres données, notamment leurs contextes de production et d'utilisation.

Le standard du FGDC est aujourd’hui le plus mature et le plus avancé par rapport aux autres tentatives. Nous proposons une architecture de base de méta données qui prend en compte le standard FGDC. Fonctionnalités (voir figure 7.1)

1/ Un site de création des méta données par des formulaires Internet, mis à la disposition des

différents producteurs de données

2/ Des bases de méta données (au moins 2, à l’IPSL et à Médias, par exemple)

3/ Des moteurs de recherche de données (catalogues) inter opérables entre eux, et avec des

catalogues internationaux (par exemple le thésaurus GCMD)

4/ Un portail de recherche qui permet aux utilisateurs de chercher les données dans différents

sites de façon transparente pour lui.

Calendrier

La constitution de la base de méta données doit commencer le plus tôt possible, et précéder les travaux envisagés sur les autres bases de données. C’est donc à partir de 2003 que devraient commencer les travaux relatifs aux méta données, et se poursuivre jusqu’en 2006.

7.2 AMMA-DH (Données historiques) (Responsabilité de MEDIAS-

France)

Il s’agit de sauvegarder et de mettre à la disposition des participants les données acquises depuis des décennies sur l’environnement climatique de la zone d’étude (Afrique Occidentale), et en particulier :

o identifier, rassembler et compléter les données acquises par les organismes nationaux (IRD, Météo-France, NOAA, DMN africaines, …), européens (ESA), internationaux (ACMAD, Agrhymet, OMM, …)

o définir une politique d’échange de données avec ces organismes

Fonctionnalités


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Des responsables thématiques ont été désignés pour identifier et rassembler ces données historiques :

o données océanographiques (températures et salinités de surface de l’océan atlantique tropical, données des bouées du réseau Pirata, données XBT des navires marchands, expériences scientifiques Gate, …)

o données de chimie atmosphérique (expériences Decafe, Expresso, réseau Idaf,…

o données sur la végétation (programme Salt, …)

o données hydrologiques (réseaux hydrométriques nationaux, ABN, Agrhymet, réseau Whycos-AOC, expériences Epsat-Niger, Hapex-Sahel, CATCH)

o données météorologiques et atmosphériques (réseaux météorologiques nationaux, données Asecna, …)

o données satellitales (Landsat, Spot-Image, NOAA/HRPT, Polder, Topex-Poseidon/Jason, …)

Des coordinateurs régionaux ont été désignés pour la zone sahélienne et la zone guinéenne (sud du Sahel) ainsi que des coordinateurs nationaux, pour définir les conditions d’accès aux données régionales et nationales.

Calendrier

Le travail devrait débuter dès 2003 et se poursuivre jusqu’en 2008

7.3 AMMA-SAT (Responsabilité IPSL)

La base de données est destinée à de multiples usages, par des utilisateurs spécialistes ou non des données de télédétection. L’intérêt d’une telle base est (i) de faciliter de nouveaux travaux méthodologiques, par la manipulation facilitée des champs satellitaux dans tous les domaines thématiques, (ii) de permettre les comparaisons satellite – données in situ – simulations numériques à des fins de validation et amélioration des modèles ainsi que d’interprétation des phénomènes, et (iii) de faciliter les études sur l’évolution du système surface – atmosphère au cours du temps aux différentes échelles pertinentes. Les utilisateurs potentiels de cette base de données sont donc les membres de tous les groupes AMMA (Long term Observing Period - LOP, Enhanced Observing Period - EOP, Special Observing Period - SOP, modèles, et bien sûr satellites). Les travaux méthodologiques n’ont pas tous besoin de cette base de données, quand ils concernent des méthodes d’inversion ciblées sur certains capteurs et certaines variables. Mais la base de données permettra de croiser les approches différentes, comparer les résultats des études engagées avec les champs issus d’autres traitements (par exemple, produits opérationnels).

7.3.1 Fonctionnalités de la base de données, organisation du travail

Indépendamment des échelles considérées, les données fournies par la BDD AMMA-SAT répondent à un certain nombre de critères définis suivant le type de mise à disposition (données disponibles en ligne ou sur demande). Ainsi, les données satellitales disponibles en lignes répondent aux critères suivant :

o Ce sont des produits géophysiques (niveau 2 ou supérieur) opérationnels ou construits spécifiquement pour AMMA-SAT,


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o Ce sont des données projetées sur une grille régulière en longitude-latitude,

o Les résolutions spatiales et temporelles des données sont adaptées, après traitement éventuel, aux résolutions propres aux différentes échelles susmentionnées.

Les données disponibles « off line » regroupent ici les données qui seront disponibles sur demande soit auprès des laboratoires participant à AMMA, soit auprès des responsables de la base de données AMMA-SAT. Pour des raisons de place de stockage, ces données ne sont pas conservées sur les disques hébergeant la BDD, mais sur des médias amovibles. Plus précisément, les données disponibles « off line » regroupent :

o les données de niveau 1 (radiances, températures de brillance, réflectivités, …) ayant servi à construire un produit spécifiquement destiné à la base de données AMMA-SAT

o les données de niveau 2 dont la projection d’origine ne correspond pas à une grille régulière et qui ont été re-projetées afin d’être mises en ligne. (ex. : tous les produits géophysiques dans la projection orbitale)

7.3.2 Les échelles spatiales et temporelles

Les données sont réparties suivant quatre échelles spatiales définies par les domaines spatiaux couverts (cf. figure 5 .1). Ces échelles spatiales ainsi que les principales résolutions et les domaines couverts sont présentés dans le tableau 7.1. En plus de ces échelles, une très grande échelle à 1° de résolution est également envisagée pour certains paramètres non disponibles à une échelle plus petite. Il a été décidé lors d’une réunion du groupe satellite de permettre la plus grande souplesse dans l’utilisation des capteurs, en offrant le choix de plusieurs résolutions pour des satellites comme Meteosat ou les NOAA. Les résolutions indiquées dans le tableau 7.1 sont donc indicatives.

Tableau 7.1

Echelle Résolution Domaine

Grande Echelle 25-30 km 40° E - 60° W / 35° S – 35° N

Moyenne Echelle 10 km

25° E - 25° W / 25° S – 30° N éventuellement

élargi au domaine grande échelle pour certains

capteurs

Fenêtre CATCH-HAPEX :

5° E - 2° W / 0°– 17° N Petite Echelle 1 km

Fenêtre sénégalaise : À définir

Bassin de l’Ouémé (Bénin) :

1.30° E – 2.48° E / 8.54° N – 10.12° N

Carré de Niamey (Niger) :

1.6° E – 3.0° E / 13° N – 14° N

Bassin du Gourma (Mali) :

1° W – 2° W / 14.3° N – 17.0° N

Très Petite Echelle 0,1 km

Région de Lamto (Côte d’Ivoire) : À définir


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Les données récentes seront traitées en priorité, avec pour premier objectif d’arriver à étudier la période 1997 – 2000 (d’ADEOS1 à JET2000). On l'étendra ensuite vers les années actuelles pour exploiter les capteurs nouveaux (ENVISAT, ADEOS2, AQUA, et MSG), et arriver à terme à une période d’étude étendue jusqu’à 2009, date de la fin du programme AMMA. Cette période sera également étendue dans le passé pour couvrir les deux décennies précédentes (depuis ERS1 lancé en 1991 / HAPEX-Sahel – 1992), et si possible depuis le début des satellites météorologiques (METEOSAT, AVHRR donc environ 1980).

La résolution temporelle de chaque produit sera choisie en premier lieu en fonction de la résolution des capteurs utilisés, puis suivant l’échelle considérée et la variabilité temporelle du paramètre géophysique. Ainsi pour les produits de la grande échelle, la résolution temporelle peut varier entre quelques heures et le mois ; à moyenne échelle, une résolution de l’ordre de la demi-heure peut être envisagée afin, par exemple de décrire le cycle diurne ; à petite échelle, la résolution la plus fine permise par les capteurs doit être choisie. Néanmoins, le cycle diurne n’étant marqué que pendant la saison des pluies, on pourra se limiter pour certains paramètres géophysiques à un champ par jour ou quatre champs par jour en dehors de cette période.

7.3.3 Calendrier

La construction de la base de données comprend une phase de prototypage en 2003 – 2004, qui après évaluation, sera élargie progressivement à l’ensemble des données disponibles. Le prototype est construit à l’IPSL, et la base complète sera intégrée à terme dans un pôle thématique de données national (ICARE).


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7.4 AMMA-LOP (Responsabilité Medias-France)

La base de données AMMA-LOP est conçue pour archiver les données obtenues pendant dix ans (2001-2010). Elle cherche aussi à établir un lien avec les observations existant sur la région au cours des décennies antérieures, notamment la période 1950-2000. La base de données Catch incorpore les données du site du degré carré de Niamey, suivi depuis 1990, ainsi que les données acquises sur le site de l’Ouémé, au Bénin, depuis 1998 (http://medias.obs-mip.fr/catch). Les réseaux ORA et IDAF fonctionnent également depuis le début des années 90. Les bases de données de ces deux réseaux ont été constituées et sont accessibles sur les sites http://medias.obs-mip.fr/idaf et http://www-loa.univ-lille1.fr/photons/sites.html. Les sites végétation de Lamto et du Gourma malien existent depuis les années 80, dans le cadre de la Zone-Atelier Globalsav.

La base de données AMMA-LOP doit garantir l’accès aux données des réseaux opérationnels sur la base d’un partenariat avec les scientifiques et institutions africaines, ainsi que sur la variabilité climatique et son impact visant à agréger les forces disponibles en Afrique de l’Ouest qui aura la charge de poursuivre des recherches sur ce thème au-delà de la période couverte par AMMA. Les différents types de données suivants seront inclus :

• Surfaces continentales et atmosphère

Données des réseaux opérationnels, provenant des stations synoptiques et agro-climatiques (pluie, température, vent, pression, rayonnement – si disponible) gérés par les services météorologiques et celles concernant les débits des principales rivières. Elles incluent des données de surface (cadre des projets d’ORE (Observatoires de Recherche sur l’Environnement) Catch, Idaf, Ora, et Zone-Atelier Globalsav), et données spécifiques AMMA, concernant l’occupation des sols et la végétation), des données concernant le cycle de l’eau continental et l’interface sol-atmosphère (précipitations, écoulements, dynamique des réserves, bilan radiatif et micro-météorologie), la climies atmosphérique (dépôts et émissions, flux), et les aérosols. • Observations océaniques Sur l’océan, un lien est à construire avec le projet PIRATA (accès direct via Internet http://www.brest.ird.fr/pirata/ piratafr.html). Il faut aussi mentionner les données des navires marchands (données de température et de salinité) depuis plusieurs années (http://www.brest.ird.fr/sss/salinit1.html et http://www.brest.ird.fr/xbt/xbt_orst.html), en particulier dans le cadre de l’ORE SSS. D’autres données seront incluses, telles que celles des marégraphes (7 dans la région, projet en cours) et des bouées dérivantes de surface qui fournissent des mesures de SST dans le cadre du Global Drift Programme du GOOS et les bouées dérivantes profondes et profileurs qui fournissent des profils de température et de salinité dans le cadre du programme ARGO / CORIOLIS, ainsi que les mesures sur l’île de Saõ Tome.

7.5 AMMA-EOP (Responsabilité Médias-France)

Les données de l’EOP ne sont pas encore entièrement définies, car certaines dépendent de financements en discussion, ainsi que des apports des partenaires européens et autres. Toutefois, on peut indiquer types de données souhaités en priorité :

L'effort doit être porté :


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• sur la fenêtre CATCH le long de la direction méridienne centrée sur 2.5°Est, en renforçant les sites existants et en étendant les mesures vers le nord pour appréhender la zone de la dépression thermique saharienne et vers le sud sur le golfe de Guinée, ceci pour suivre l'évolution complète en latitude du système de mousson sur l'ensemble de plusieurs cycles saisonniers

• dans la direction zonale sur un transect localisé vers 12.5°N pour documenter l'évolution des systèmes convectifs de méso-échelle, des ondes d'Est et du Jet d'Est Africain, avec une extension possible sur l'océan au large de la côte africaine.

Les SOP étant maintenant programmées durant la saison de mousson 2006, il est envisagé d'implémenter l’EOP sur les années 2005-2007, permettant une phase de mise en place en 2005, une phase principale en 2006 soutenant les SOP, et si possible une phase de consolidation en 2007. En conséquence, la base de données EOP doit comprendre sur la période 2005-2007 un ensemble de données de mesures in situ locales, qui seront exploitées avec les sorties de modèles opérationnels (voir AMMA-MOD) et satellitales (AMMA-SAT).

Données EOP à archiver

• Radiosondages et pilots (Environ 30 points de radiosondages, quelques points de pilot) • Mesures synoptiques et climatologiques de surface (4 réseaux par jour dont une centaine dans

la fenêtre régionale, et environ 150 à l’extérieur au nord de 5°S), et nombre indéterminé de postes climatologiques

• GPS (un site en continu) • Un site sodar + UHF/VHF • Données du réseau dense de pluviomètres sur les sites de méso-échelle du bassin versant de

l’Ouémé et degré-carré Niamey, ainsi que du radar Doppler polarisé à bande X qui va être installé à Djougou, et des radars opérationnels avec une priorité sur le transect zonal Dakar-Bamako-Ouagadougou-Niamey et le radar d'Abidjan (remise à niveau de ces radars est en cours d’examen)

• Diverses mesures en hydrologie, caractérisation de la végétation, flux de surface et bilan radiatif sur les sites instrumentaux (super-sites)

• Mesures chimiques et d’aérosols désertiques : sondage d'ozone une fois par semaine, mesure spectrométrique du contenu total de la colonne atmosphérique en NO2, mesures de concentration d'aérosols et de dépôts sec et humide sur les sites du réseau AERONET et d’unphotomèter supplémentaire (Bamako), mesures du camion-labo mobile du Laboratoire d'Aérologie (mesures chimie, ballon captif)

• Mesures acquises sur l’océan : « en continu » tout le long des campagnes EGEE (2 par an pendant 3 ans), incluant courants, température et salinité de surafce, navigation, mesures météorologiques, profils XBT et CTD (températuer, salinité oxygène), analyse de composition d’eau et d’air sur prélèvements réguliers, contenu en vapeur d’eau (photomètre)

Cette base s’apparente à une base de type « campagne de mesure », avec des données in situ de natures différentes accumulées au cours de l’EOP. En adoptant une structure proche (ou intermédiaire entre celle de la SOP et celle de la LOP), on peut penser que le personnel nécessaire est de l’ordre d’un ingénieur sur un an, ou 50% sur 2 ans (à confirmer)

Calendrier


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La construction de cette base devra être engagée avant le début de l’EOP, pour accueillir les données le plus tôt possible, donc dès 2004 (pour un démarrage de l’EOP en 2005, ou en 2003 si l’EOP commence en 2004).

7.6 AMMA-SOP (Responsabilité Médias-France)

L’objectif de la base de données AMMA-SOP est de rassembler, d’archiver, de rendre accessible les données acquises pendant les trois périodes d’observation intensive de l’expérience AMMA, du 15 mai au 15 septembre 2006.

Les jeux de données qui seront acquis au cours de cette période sont ceux qui auront été mesurés lors des survols des six avions prévus, des mesures au sol à des stations fixes ou mobiles, des mesures atmosphériques à partir de ballons sondes ou de sondages atmosphériques. La section 4 décrit les instruments et moyens envisagés avec leurs priorités, et on résume ci-après les principaux types de données à archiver :

• Mesures avions: Flux aériens, mesures in-situ thermodynamiques, microphysiques et

chimiques; mesures aérosols, microphysiques et radiatives; dropsondes ; Lidars aérosols, vapeur d’eau et vent, radars nuages et précipitation. Ces mesures concernent potentiellement les 6 avions, et seront réparties entre basse troposphère (couche limite), troposphère, en relation avec les systèmes convectifs, et haute atmosphère (stratosphère)

• Mesures au sol fixes :, mesures de stations au sol fixes(flux turbulent, bilan radiatif, émission de gaz et aérosols) ; réseaux de pluviographes et disdromètres, humidité de surface, eau de surface et mesures hydrologiques ; Lidars aérosols ; détection des éclairs

• Mesures au sol mobile (camion du Laboratoire d’Aérologie) • Mesures atmosphériques : Radiosondages ; Profileurs de vent UHF-RASS / VHF, 2 radars

Doppler polarimétriques, Lidar Doppler au sol ; driftsondes (NCAR/ICARUSS ou CNES) ; ballons à altitude constante ; sondages Ozone

• Mesures sur l’océan : paramètres météorologiques (station météorologique du navire et mesures haute fréquence de flux turbulents pendant la SOP 1) ; mesures acquises « en continu » tout le long des campagnes EGEE spécifiques (Golfe de Guinée pendant SOP 1 et a large du Sénégal et dôme de Guinée pendant SOP 3), comme pour l’EOP, avec renforcement de l’échantillonnage et des paramètres mesurés, en particulier analyse chimique de l’air et l’eau ; mesures de bouées dérivantes (Marisondes, Aeroclipper ?, bouées de surface et profileurs)

Le nombre de jeux de mesures qui seront effectuées lors de la SOP est donc estimé à l’ordre de la centaine. La structuration en SOP1 à 3, avec des moyens affectés différents, sera prise en compte. Le recoupement entre mesures acquises pour la SOP ou l’EOP devra être analysé (mesures de surface, et océaniques) pour optimiser l’utilisation des données.

Il s’agit de constituer une (trois) base(s) de données géoréférencées, datées et à nomenclature et unités standardisées, d’un type comparable à celle que Médias-France réalise actuellement à la demande de l’INSUE pour l ‘expérience Escompte (étude la pollution atmosphérique en région marseillaise) avec des mesures avions et sol.

L’expérience ainsi acquise permet de définir les moyens à mettre en œuvre pour cette base de données AMMA-SOP. Dans le cas où cette compétence serait perdue, il faudrait multiplier par 1,7 les 3 ans nécessaires pour la base de données Escompte.

Par contre, 3 ans pourraient être suffisants pour :


88

• la conception et la réalisation de la base de données, • l’entrée des données convenablement formatées, • l’accessibilité de cette base d e données par l’Internet • sa gestion, avec la mise à jour régulière des données, des logiciels et du matériel,

si les compétences utilisées pour le projet escompte sont bien sollicitées.

Calendrier

Le travail devrait commencer en 2005 pour préparer la structure de la base et se terminer en 2008.

7.7 AMMA-MOD (Responsabilité IPSL)

7.7.1 Modèles concernés

Dans le cadre d’AMMA, de nombreux modèles numériques vont être utilisés, tant dans la phase préparatoire à la SOP qu’après la SOP. Les modèles peuvent être hiérarchisés de la façon suivante :

Atmosphère :

• Modèles climatiques globaux ou zoomés (IPSL, Météo-France, autres éventuellement) : simulations centrées sur l’Afrique (ou extractions régionales de simulations globales), simulations avec un modèle de type paléoclimatique pour validation sur la période actuelle (à confirmer)

• modèles opérationnels globaux (Météo-France, CEPMMT, NCEP, autres modèles européens ou américains) : analyses quotidiennes, réanalyses, prévisions

• modèles opérationnels méso-échelle (Météo-France, autres modèles européens ou américains) : prévisions opérationnelles durant la SOP

• Réanalyses atmosphériques pour l’EOP : Ces jeux de données sont de loin les plus volumineuses. Elles consistent en une description de la circulation atmosphérique sur une vingtaine de niveaux de pression jusqu’à 10 hPa pour les variables vent 3D, température, hauteur géopotentielle, humidité, ainsi qu’un certain nombre de variables de surface et d’estimation des flux, ceci pour 4 réseaux par jour. On a besoin d’une part d’une couverture globale à résolution moyenne (entre 1° et 2.5°), d’autre part d’une résolution plus fine sur un domaine régional (le modèle Aladin-Noraf s’étend entre 0°N et 44°N, 36°W et 42°E, avec une résolution horizontale de 31 km et 41 niveaux de pression jusqu’à 1 hPa). A titre d’exemple, une couverture globale de résolution 2.5° avec 4 réseaux par jour pour 17 niveaux de pression (NCEP) correspond à environ 1500Mb par variable sur une période de 3 ans (durée de l’EOP), soit pour 6 variables environ 10 Gb. Une même couverture avec une résolution de 1.125° et 19 niveaux de pression (CEPMMT) amène à une multiplication par environ 2.5. La résolution du modèle régional Aladin-Noraf amène à un volume environ 9 fois plus élevé que la réanalyse NCEP. On doit pouvoir stocker plusieurs de ces réananalyses (CEPMMT, NCEP, Météo-France), ainsi que des analyses de type Interpolation Optimale comme MANDOPAS développée au CETP pour effectuer des inter-comparaisons.


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A partir de ces états initiaux, il est possible de produire des prévisions à différentes échéances. Dans le cadre de l’étude des fluctuations d’échelles intra-saisonnières, on peut être amené à tester la potentialité de la prévision à moyenne échéance (ensemble de prévisions à 10 jours).

Océan :

• réanalyses océanographiques de type Mercator 1/6° pour la période de l’EOP. • simulations méso-échelle sur la région (Golfe de Guinée, proche Atlantique) pour l’étude du

couplage océan-atmosphère (modes forcés et couplés)

Surfaces continentales :

• Simulations saisonnières sur les zones expérimentales (hydrologie, échanges surface-atmosphère, croissance de la végétation) – en lien avec la LOP, l’EOP et la SOP (études de périodes particulières, simulations long terme)

• Simulations grande échelle sur tout ou partie du continent : distinctes ou incluses dans les simulations atmosphériques

7.7.2 Fonctionnalités

La difficulté avec les simulations numériques est de déterminer quelles sont les simulations à archiver, et de choisir les champs et les méthodes d’accès. Actuellement, des sorties de simulations de modèles IPSL, dites de référence, sont rendues accessibles via le web, par un simple lien sur les fichiers, avec la documentation associée aux conditions de simulations. Une piste possible est de référencer les sorties de modèles dans le méta catalogue de l'IPSL, donc de remplir les fiches d'information (ou DIF) correspondant aux modèles, en spécifiant les conditions de simulation grâce à différents mots-clefs, afin d'améliorer la construction des sorties de simulation. Ensuite, le lien vers le fichier de données peut être positionné au niveau du DIF.

Une étude spécifique doit être effectuée avec le groupe AMMA-MOD pour explorer les différentes solutions.

Dans ce cadre, la réalisation de la base serait prise en charge par le groupe Modélisation et Données de l’IPSL, avec le soutien d’un ingénieur temporaire (un an au moins ?)

7.7.3 Calendrier

La construction de cette base de sorties de modèles devra être entreprise d’ici le démarrage de l’EOP pour assurer l’archivage des modèles opérationnels. Les simulations issues de modèles de recherche seront à définir d’ici la SOP, pour une construction parallèle ou légèrement différée à celle de la SOP. Les simulations « climatiques » pourraient être archivées suivant les méthodes employées actuellement à l’IPSL si elles sont réalisées avant le début de l’EOP.

7.8 Conclusion et estimation du personnel nécessaire

Les sections précédentes montrent la diversité des bases de données (au sens large) nécessaires au programme AMMA. Le volume global des archives se compte en Teraoctets, si l’on additionne les champs satellitaux sur 20 ans, les sorties de modèles et la SOP.

Cependant, ce n’est pas le volume total de données qui traduit le mieux l’effort à fournir, mais la très grande hétérogénéité de ces bases (ex. la base de données historiques versus les sorties de modèles). De plus, les bases les plus complexes ne sont pas nécessairement les plus volumineuses,


90

mais celles pour lesquelles des problèmes de divers types doivent être résolus (données continues / discontinues – localisées et temporelles / ponctuelles et spatialisées, par exemple).

Notons par ailleurs que les bases de données AMMA répondent à des besoins qui s’échelonnent dans le temps. Le tableau 2 récapitule les besoins en personnel et les périodes de travail correspondantes pour l’ensemble des bases. C’est une ébauche préliminaire, qui tient compte des informations dont nous disposons actuellement, qui est fondée sur une volonté de mutualisation des moyens entre l’IPSL et Médias-France. Les moyens sollicités par ailleurs, par le biais de soumissions communes à certains appels d’offres (ACI Masses de données, 6ème PCRD, …) ou auprès de nos tutelles permettront de mieux satisfaire ces besoins, qui sont exceptionnellement importants. La qualité des résultats scientifiques dépend de l’accessibilité au très grand nombre de données qui seront acquises au cours de cette expérience.

La proposition soumise en commun par Médias-France et l’IPSL vise à répondre aux besoins des utilisateurs, exposés dans l’introduction, et qui peuvent se résumer par : transparence, accès simple aux données, outils accessibles en ligne, extraction ou travail délocalisé. Pour cela, les deux partenaires proposent d’élaborer un outil permettant cette interopérabilité avec la souplesse nécessaire, en coopérant avec des spécialistes en informatique et gestion de données. Cette construction des bases distribuées AMMA se fera au cours des 3 prochaines années, de façon à disposer d’un ensemble fonctionnel dès la SOP AMMA.

Cependant il reste un problème à résoudre : la pérennisation. Ni Médias-France ni l’IPSL ne peuvent garantir que ses moyens lui permettront de gérer les données, de faire évoluer les outils en phase avec les progrès informatiques, et d’assurer le service aux utilisateurs à échéance de 10 ans, ce qui est pourtant l’objectif d’AMMA. Ce problème devra être pris en compte par les tutelles et traité, soit dans le cadre présent, soit au niveau national (pôles thématiques ou dédiés aux bases de données)

Ressources actuellement disponibles à Médias-France et à l’IPSL :

• Personnel permanent Médias-France pour la base de données AMMA : • 6 mois d’ingénieur pour les méta données • 1,5 an d’ingénieur en bases de données type Escompte • Personnel IPSL travaillant sur AMMA : deux ingénieurs à 25% environ en 2003 • Soutien CNES pour AMMA-SAT: un ingénieur à 100% en 2003, et demandé jusqu’en 2005

Ressources envisagées :

• ACI « Masses de données » : une proposition IPSL-Médias-Inria a été déposée début avril 2003 mais n’a pas été retenue

• 6ème PCRD : actuellement, aucun des appels d’offre européens ne semble faire référence à cette thématique de base de données fédérée, analogue à celle de l’appel à proposition ACI « Masses de données ». Par contre, la constitution de la base de données devrait être une des actions importantes d’un projet de soumission AMMA au 6ème PCRD.

• Il est prévu un soutien de L’INSUE pour la constitution des bases de données des Observatoires de Recherche sur l’Environnement, et en particulier pour celles qui ont été mentionnées ci-dessus : AMMA-CATCH, BVET, IDAF, …


L’action d’AMMA dans le domaine des applications se situe à trois niveaux, avec pour objectif ultime d'aider à mieux contrôler les impacts socio-économiques associés à la variabilité climatique

i) développer des outils et des concepts qui permettront que les avancées des connaissances sur la variabilité de la mousson puissent être utilisées pour comprendre comment cette variabilité influe sur trois éléments essentiels pour les populations, à savoir, les ressources en eau, la sécurité alimentaire et la santé ; ii) améliorer la qualité des prévisions saisonnières et climatiques et leur utilisation pour la gestion des trois secteurs identifiés ci-dessus ; iii) fournir aux décideurs des éléments nouveaux pouvant contribuer à améliorer la conduite des activités opérationnelles à des fins socio-économiques.

Dans ce domaine le rôle des institutions à vocation régionale telles que ACMAD, AGHRYMET, le CERMES, l’Institut Pasteur Dakar, et de programmes internationaux tels que FEWS, PASEi, ou d’autres, est essentiel et plusieurs actions ont été entreprises pour organiser des liens entre AMMA et ces différents acteurs du développement. L’impulsion initiale en ce sens a été donnée à la première réunion AMMA qui s’est tenue sur le sol africain (Niamey, février 2003) et qui a débouché notamment sur la création du réseau AMMA-NET.

8.1 Contexte

Les ressources en eau, la sécurité alimentaire, et la santé sont étroitement liées au climat, particulièrement dans les régions tropicales. Ces trois facteurs essentiels du bien-être des populations sont par ailleurs en étroite interrelation. On estime ainsi qu’un lit d’hôpital sur deux dans le monde est occupé par une personne ayant contracté une maladie liée à l’eaue. Cette proportion est encore plus élevée en Afrique où il n’est pas rare que les femmes passent plus de trois heures par jour à aller chercher de l’eau dans des points d’eau ou des rivières qui peuvent se tarir en cas de sécheresse. La malnutrition accroît la vulnérabilité aux épidémies dont la propagation est bien souvent par ailleurs liée à des facteurs climatiques (étendues en eau en tant que sites favorables au développement des moustiques et des épidémies associées, distribution des aérosols en tant que précurseurs de la méningite méningococcée). Dans un tel contexte, il est clair qu’un programme comme AMMA doit contribuer à :

i) Renforcer le dialogue entre services nationaux, organisations internationales, ONG, et chercheurs

ii) Développer les capacités institutionnelles permettant de mieux orienter la recherche opérationnelle sur le thème climat/environnement/sécurité alimentaire/santé et permettant de

e Http://www.worldwaterforum.net/

8 Composante Applications


92

développer des outils pertinents d’utilisation des informations climatiques à des fins de gestion du risque alimentaire et sanitaire ;

Les décideurs n’ont pas attendu les scientifiques pour mettre sur pied des organismes à vocation régionale tels qu’AGRHYMET chargés de gérer des systèmes d’alerte précoce (SAP) tels que FEWS (Food Early Warning System), en réponse notamment à la grande sécheresse des années 70 et 80. Plus récemment, les perspectives d’évolution du climat ont créé de nouvelles inquiétudes et de nouveaux besoins. Les grands forums internationaux (UNCED-Rio, 1992 ; World Water Forum-Marrakech, 1997 ; ICF-Bonn, 2001, WSSD-Johannesburg, 2002) ont tous insisté sur les catastrophes sanitaires en perspective, liées aux pénuries d’eau résultant de l’accroissement des populations, de la pollution des réserves d’eau douce et des modifications possibles du climat. L’Afrique est au premier rang des continents concernés par ces prévisions pessimistes. En conséquence, les institutions nationales et régionales se mobilisent pour travailler sur des stratégies d’adaptation au changement climatique. Cette mobilisation s’appuie sur des connaissances très fragmentaires, que ce soit concernant le changement climatique lui-même que concernant son impact possible. Une des difficultés majeures pour cerner cet impact tient à la multiplicité des facteurs et des échelles qui interviennent. En s’attelant à développer une culture « multi-échelles » sur le climat, AMMA peut fournir les bases d’une réflexion sur des questions encore plus vastes et complexes telles que l’influence de la variabilité climatique sur l’environnement, les ressources en eau, l’agriculture et la santé.

8.2 Objectifs

Outre le développement d’un partenariat entre chercheurs et institutions impliqués dans la gestion du suivi et du risque climatique, deux séries d’objectifs réalistes ont été identifiés.

Améliorer la sécurité alimentaire et le suivi des campagnes agricoles au Sahel

Le suivi des écosystèmes ouest-africain, est lié en particulier à la connaissance fine de la répartition spatio-temporelle des pluies durant la saison. Toute amélioration de nos connaissances sur cette distribution spatio-temporelle et sur la prédictibilité des champs de pluies en Afrique de l’Ouest (déterministe et statistique), contribuera à l’amélioration de la qualité des produits opérationnels (prévision saisonnière, couvert végétal et rendement agricole, cycle hydrologique). L’objectif consistera à tester quels sont les éléments de connaissance sur la variabilité pluviométrique utilisables par les modèles de rendement des cultures. Ce travail doit permettre d’affiner ces modèles et/ou de réorienter les recherches diagnostiques sur la variabilité des champs de pluie.

Améliorer la surveillance et la prévention des maladies infectieuses

Dans le domaine de la santé, la collaboration entre scientifiques et experts impliqués dans les applications pour améliorer la santé publique est nouvelle et doit être encouragée au travers de forums et d’ateliers de formation spécialisés. Certaines questions d’ordre méthodologique sont très semblables à celles qui se posent dans le domaine des ressources en eau et de la sécurité alimentaire (sauts d’échelle, insuffisance de la connaissance de la seule pluviométrie annuelle pour étudier les liens entre pluviométrie, vecteurs des maladies et développement des épidémies). Par contre il existe plusieurs facteurs, liés aux interférences des actions humaines, qui rendent cette question encore plus complexe.


93

Un premier objectif consisterait donc à développer l’usage systématique des outils de la cartographie spatialisée pour mieux connaître la propagation des épidémies et le cycle de vie des vecteurs. L’association d’une telle cartographie avec la cartographie climatique est susceptible de faire apparaître des concomitances (ou inversement une absence de relations) pouvant orienter des recherches plus approfondies.

Cette approche est à mettre en relation avec la télé-épidemiologie qui est un nouveau concept clef visant à faciliter l’utilisation de produits de surveillance en temps réel de l’environnement, du climat, et de la santé. Les institutions régionales et nationales –quand elles en ont les moyens – sont demandeuses de tels produits qui leur faciliteraient la gestion des situations à risque. L’intervention de AMMA se situera donc, au moins dans un premier temps, dans le domaine des maladies infectieuses plutôt que dans celui, beaucoup plus vaste, de la santé publique.

8.3 Actions à mettre en œuvre

L’approche favorisée par AMMA sera de développer des contacts entre communautés scientifiques aux cultures très différentes, d’une part, entre scientifiques et décideurs, décideurs et gestionnaires, d’autre part. Les deux applications actuelles privilégiées dans AMMA (sécurité alimentaire et maladies infectieuses) doivent s’appuyer sur une connaissance plus précise et plus fine de la variabilité spatio-temporelle du climat et de l’environnement, ce qui constitue un des objectifs importants de la LOP et de l’EOP. Les actions données ci-après constituent des points de départ pour des travaux plus approfondis ultérieurs qui devront être définis conjointement par les physiciens de l’environnement et par les spécialistes des domaines d’applications (agronomie, santé).

Agriculture et ressources en eau

i) création d’un lien avec les programmes de Gestion Intégré des Ressources en Eau (GIRE)

financés par l’UE et Danida (coopération danoise), afin d’étudier comment une modélisation

globale du cycle de l’eau pourrait être utilisée par les programmes GIRE.

ii) utilisation des données fines sur les champs pluviométriques, produites par la LOP et l’EOP,

pour forcer des modèles de plantes afin de quantifier l’impact de la variabilité pluviométrique

sur le rendement de certaines cultures de base telles que le mil ou le coton.

Santé

iii) lancement d’actions transversales du type de l’ATC « environnement et santé » de l’INSERM

ou de l’ATI « Evolution climatique et santé » de l’IRD ; la proposition faite par AMMA pour

l’ATC de l’INSERM n’a pas été retenue mais les discussions engagées pour la rédiger ont

permis de nouer le dialogue entre les deux communautés. En revanche une autre proposition

intitulée Saisonnalité, tradition et morbidité: le cas du paludisme et de la méningite dans les

villes du Nord-Cameroun a été pré-sélectionnée ; elle rassemble des laboratoires de Yaoundé,

Paris et Dijon.


94

iv) L’ATI de l’IRD sera financée – à une hauteur qui reste à définir –. Une proposition de

recherche intitulée Transport de pesticides par le cycle hydrologique et la résistance aux

insecticides des vecteurs du paludisme. Cas d’étude au Bénin a été soumise par des chercheurs

de Hydro-Sciences Montpellier, ainsi qu’une autre sur la confrontation des études de

diagnostic climatiques aux facteurs de développement des maladies (LTHE et Hydro-

Sciences).

v) sélection d’un nombre limité de maladies infectieuses pour lesquelles on peut étudier les

vecteurs et leur sensibilité aux facteurs environnementaux. Actuellement le paludisme et la

méningite à méningocoque sont les deux maladies pour lesquelles des contacts suivis ont été

établis entre chercheurs de AMMA et chercheurs de la santé (voir actions précédentes) ;

vi) élaboration d’un SIG et de produits cartographiques spatialisés pour étudier les cofluctuations

entre développement des épidémies et les facteurs environnementaux ;

Actions de structuration

La structuration de ces activités au sein du CCMA et de AMMA-NET devra se faire en liaison

avec les institutions déjà actives dans ce domaine, ce qui implique notamment :

vii) l’organisation de séminaires et participations aux forums tels que PRESAO (PREvision

Saisonnière sur l’Afrique de l’Ouest).

viii) L’établissement de liens avec les institutions internationales (FAO, GIRE, OMS).

ix) Le développement éventuel d’une composante formation/renforcement des capacités sur le

site Web AMMA lui-même. Cette composante devrait permettre de faciliter le dialogue entre

les différents acteurs.

Priorités et agenda

Aussi bien dans le domaine de l’agronomie que dans celui de la santé, la priorité est éducative. Les séminaires et les forums doivent être l’occasion d’échanges entre climatologues, hydrologues et utilisateurs sur la pertinence des produits (données, modèles, prévisions) disponibles aujourd’hui pour fonder les stratégies de mise en alerte ou d’adaptation. Une réunion scientifique est prévu à Dakar en janvier 2005, et elle pourrait être l’occasion d’organiser une session permettant de tels échanges.

8.4 Moyens et Budget

Les moyens spécifiques aux actions inventoriées ci-dessus sont difficiles à évaluer dans l’état actuel d’avancement des travaux. Tout ce qui a trait à la collecte de données environnementales et à la construction de bases de données a été budgété dans les sections afférentes. Quatre lignes budgétaires peuvent être identifiées, pour lesquelles les coûts sont très approximatifs.

Actions de recherche méthodologiques


95

Entre 3 k€ et 5 k€ par an, pour 3 ou 4 actions, à financer dans le cadre de l’ATI IRD, du programme Ecosphère Continentale de l’INSUE, ATC INSERM.

Constitution d’un SIG « Environnement-Santé » ; Chiffrage en cours. Financement envisageable dans le cadre du FSP Environnement-Santé dont le montage est envisagé par le MAE.

Organisation de réunions et participation à diverses manifestations telles que les forums PRESAO On peut estimer le coût d’une véritable animation dans ce domaine à une fourchette de 6 à 10 k€.

Des actions plus ambitieuses sont envisageables à terme. Elles devront associer étroitement les équipes et institutions africaines et, si le FSP Environnement-Santé voyait le jour, il pourrait servir de moteur pour cela. Par ailleurs, compte tenu du contexte décrit en section 1 de ce chapitre, il devrait être possible de mobiliser des fonds internationaux pour soutenir la démarche d’AMMA dans ce domaine. L’accès à ces fonds constitue actuellement un défi important pour AMMA. Il faut également mentionner la possibilité de monter un projet européen dans le cadre de INCO. Dans un premier temps, une action de coordination pourrait être proposée en réponse à l’appel d’offres 2003.

8.5 Institutions impliquées

Des contacts existent avec AGRHYMET, le CIRAD et l’INRA pour les applications en matière de suivi des campagnes agricoles ; avec le CERMES (I. Jeanne, Niger), l’Institut Pasteur de Dakar, et l’IRI (M. Thomson, USA) pour ce qui concerne les recherches dans le domaine de la santé, ainsi qu’avec plusieurs unités du DSS de l’IRD et de l’INSERM, dans le cadre notamment des réponses aux appels d’offres ATC de l’INSERM et ATI de l’IRD.


96

L’accroissement de la connaissance sur les mécanismes physiques de la Mousson de l’Afrique de l’Ouest est nécessaire pour pouvoir faire avancer nos possibilités de prévision. Parallèlement, le bénéfice de ces avancées dans le domaine des applications requiert que les utilisateurs soient formés en conséquence. Ceci entraîne un besoin urgent de Formation et Education dans le cadre d’AMMA (AFE). AMMA, est un projet qui intègre un spectre complet d’activités allant de la recherche fondamentale sur la physique du climat et l’environnement à la prévision et ses applications multisectorielles. Un des buts du groupe AFE est de permettre une évaluation des avancées et des limites des nouvelles techniques de prévisions saisonnières. De plus l’AFE permettra l’intégration d’une large communauté internationale d’utilisateurs, y compris les décideurs, à travers le réseau AMMA-NET notamment.

La mission de l’AFE est de ‘Promouvoir l’échange d’informations et de connaissances en

intégrant les activités multidisciplinaires d’AMMA’ Une autre activité importante de l’AFE sera d’évaluer les meilleures stratégies d’application des résultats d’AMMA dans le contexte des Systèmes d’Alertes Précoces (SAP) en sécurité alimentaire et santé publique.

9.1 Objectifs

Les quatre principaux objectifs de cette composante sont:

• Rendre la ‘Connaissance et l’Information‘ disponibles grâce à des ateliers spécialisés et des écoles d’été. Alors que les écoles d’été ont un aspect plus théorique, les ateliers cibleront les applications avec des formateurs et décideurs comme participants. Pendant les ateliers AMMA un échange tacite des connaissances servira à des applications immédiates.

• Contribuer au ‘Renforcement des Capacités’. Les nouveaux résultats seront distribués électroniquement. Cela permettra une dissémination et utilisation rapide à grande échelle. Des modules de formation seront également développés en-ligne; cette approche permet une collaboration très élevée entre les partenaires d’AMMA et AMMA-NET(réseau africain), les institutions et agences nationales et internationales.

• Former les ‘Formateurs et Décideurs’ • Promouvoir les ‘Idées Innovatrices’.

9 Composante Formation et Education


97

9.2 Participants

Basé sur la définition de la mission de l’AFE, l’équipe de formation comprend pour l’instant un mélange équilibré de représentants universitaires, d’écoles et de centres d’applications des pays du Nord et du Sud:

Robert Delmas , Delphin OCHOU, Amadou GAYE, représentants les universités; Jean-Philippe Lafore, Adamou GARBA, représentant les écoles spécialisées; Yves Tourre, Arona Diedhiou, Abou AMANI, représentants les centres d’applications. Toutes les activités seront mises en œuvre en collaboration étroite avec le Département ‘ Soutien et

Formation ’ de l’IRD.

9.3 Mise en oeuvre

L’effort de l’AFE consiste à mettre en ligne du matériel de formation (action continue) grâce au site Web AMMA. L’idée actuelle serait de proposer des écoles d’étés tous les deux ans, et ce à partir de 2003 en collaboration éventuelle avec d’autres écoles (ITCP par exemple…). Des ateliers ciblés, sur la santé publique et la sécurité alimentaire seront également proposés à partir de 2004, et ce tous les deux ans. Une composante pour un curriculum de DEA/Mastère sera aussi développée.

La première école d’été AMMA ou AMMA-2E/1 aura lieu à Lannemezan en Septembre 2002. (http://medias.obs-mip.fr/amma/).

Un premier atelier sur la ‘Mousson Africaine et la Sécurité Alimentaire’ devrait avoir lieu en 2004 en Afrique (endroit à préciser). Les co-sponsors pourraient être les Ministères de Tutelle, les agences nationales (Météo-France, IRD, CNES, CNRS, INRA…), et les institutions participant au développement de l’agriculture: AGHRYMET, ACMAD, EAMAC, et aux systèmes d’alerte précoce en sécurité alimentaire liés au climat et environnement (CE-SASAP), la FAO et l’OMM/CLIPS. World Meteorological Organization CLIPS program. Un deuxième atelier sur la ‘Mousson Africaine et la Santé Publique’ devrait avoir lieu en 2006. Les co-sponsors pourraient être les Ministères de Tutelle, les agences nationales (Météo-France, IRD, CNES, CNRS, Institut Pasteur, CERMES, CIRAD…), WMO/CLIPS, les Services d’Informations Sanitaires impliqués dans les SAP Santé Publique, Climat et Environnement (CE-SPSAP). Les ateliers auront des présentations multidisciplinaires et les participants auront une expérience directe sur l’utilisation de nouveaux produits. Les participants devraient développer des projets pilotes Nord-Sud. A la fin des ateliers les produits suivants devront être fournis:

• Rapport final et accès aux résultats préliminaires; • Soumission de projets de recherches conjoints et dirigés vers les applications; • Evaluation par les participants des bénéfices socio-économiques.

D’autres activités comprendront l’encadrement de visiteurs scientifiques, grâce à des bourses (type ESCD-IRD ou FIRMA…) et des ateliers d’utilisation des bases données AMMA. Toutes les activités décrites plus haut ont pour but de promouvoir la ‘fertilisation croisée d’idées’ dans un environnement pluridisciplinaire. Une formation pour les médias est aussi envisagée


98

9.4 Plan de travail

9.4.1 Ecoles d’été, séminaires et réunions scientifiques • Réunion de présentation du projet AMMA, Niamey (25-27 février 2002)

Cette réunion a marqué le véritable démarrage du projet en Afrique. Elle a été financée par le l’IRD et MEDIAS-France et le SCAC de Niamey.

• Première école d’été AMMA (1er septembre - 12 septembre 2003 à Lannemezan).

L’organisation de cet école a démarré en septembre 2002 (voir détails du programme sur le site WEB: http://medias.obs-mip.fr/amma/). Elle est financée par le CNRS (16 k€), l’IRD (20 k€), Météo-France (5 k€), le CNES (5 k€), l’OMP (5 k€), le MAE (5 k€ à confirmer) et l’UPS(1,2 k€). Le budget total est de 60 k€ pour 25 participants africains pré-sélectionnés.

• Séminaire scientifique AMMA à l’occasion de la 2ième conférence COPROMAPH (1er novembre - 6

novembre 2003 à Cotonou).

Le séminaire se tiendra sur deux jours avec la participation attendue d’une vingtaine de scientifiques africains.

• Conférence internationale AMMA (début janvier 2005 à Dakar).

Cette conférence qui s’adresserait à un large public scientifique a été discutée lors de la réunion AMMA-International en Avril 2003. Des comités locaux et scientifiques vont être mis en place.

• Deux séminaires sur les applications, de trois semaines chacun, sont envisagés d’ici 2007.

Le coût de chacun de ces deux séminaires est évalué à 150 k€ • Deuxième école d’été AMMA (année à déterminer, 2006 ou 2007, fonction de la date de la SOP).

Cette école aura lieu en Afrique, et son coût pourrait être sensiblement plus élevé que celui de la première (100-120 k€).

9.4.2 Appui aux formations doctorales et aux laboratoires • -Développement du syllabus AMMA

• accueil de doctorants (co-tuelles) et échanges scientifiques de courte durée

(5 allocations de thèse IRD en 2003 et trois bourses pour des ESCD) • trois projets CORUS

• appel d’offres en cours de dépouillement concernant les jeunes équipes associées de l’IRD

• un FSP « enseignement supérieur » est en cours de préparation au MAE, qui est susceptible de fournir

un cadre pour des activités de renforcement des formations doctorales des pays d’Afrique de l’Ouest.


Thèmes Responsable

principal

Principaux

chercheurs Programmes Années

Coordination générale Redelsperger Membres CCMA PATOM,

PNEDC, PNCA, PNRH, PNTS

2002 2003

Circulation océanique et sa variabilité dans le Golfe de Guinée (volet océanographique du projet

AMMA)

Bourlès

Aman, Andrié, Arnault, Caniaux, Du Penhoat, Eldin, Kouadio, Lazar,

Maes, Marin, Metzl

PATOM, PNEDC

2002 2003

Etude de la dynamique atmosphérique de la mousson de l’Afrique de l’Ouest aux échelles

intra-saisonnières

Lafore

Brogniez, Désalmand, Diedhiou, Janicot, Klapisz, Lemaitre

Piriou, Protat, Ramel, Redelsperger, Roca,

Viltard, Sultan

PATOM 2002 2003

Variabilité intra-saisonnière à interannuelle du cycle de l’eau de la

mousson d’Afrique de l’Ouest Janicot

Diedhiou, Douville, Du Penhoat, Fontaine,

Grandpeix, Guéremy, Laurent, Lazar, Louvet,

Moron, Philippon, Polcher, Roucou,

Royer, Sultan

PNEDC 2002 2003

Etats de surface et cycle atmosphérique de l’eau en Afrique

de l’Ouest Fontaine

Camberlin, Diedhiou, Frelin, Messager,

Moron, Moufouma, Philippon, Poccard,

Roucou, Trazska

PNRH 2002

Modélisation couplée de l’écoulement des transferts sol-

végétation-atmosphère et du fonctionnement saisonnier de la

végétation

Seguis Boulet, Chebouni,

Gignoux, Cappelaere

PNRH

2002

Caractérisation géochimique de l’infiltration vers la nappe phréatique en zone semi-aride : (application au

Sud-Ouest Nigérien)

Leduc Elbaz-Poulichet,

Girardin, Filly, Travi, Genermont

PNRH

2002

Analyse des données MOZAIC en Afrique tropicale (Projet plus large

qu’AMMA) Thouret

Attié, Cammas, Nédélec, Sauvage

PNCA 2002

10 Synthèse des demandes aux programmes français


100

Filamentation stratosphérique et impact du déferlement des ondes de

Rossby sur la dynamique du courant-jet subtropical

Cammas

Ancellet, Attié, Hauglustaine, Karcher

Klonecki, Lambert, Mascart, Ravetta,

PNCA

2002

Assimilation de données et inversion de sources pour l’étude de la

composition atmosphérique (Projet plus large qu’AMMA)

Clerbaux

Attié, Bechtold, Hauglustaine, Liousse,

Mari, Peuch, Pirre (pour ce qui concerne

AMMA)

PNCA

2002

Bilan des Hox, des Nox et de O3 dans la haute troposphère tropicale

en Afrique de l’Ouest: pré-études à la campagne AMMA

Mari Ancellet, Hauglustaine,

Law, Mari, Perros PNCA

2003

Climatologie des traceurs chimiques (CO, O3, carbone suie) en Afrique de

l’Ouest Thouret Galy, Liousse, Pont PNCA

2003

Id

Konare Thouret

LAPA (Univ de Cocody) et LA

CORUS (non financé)

2003

Emissions d’aérosols terrigènes en Afrique de l’Ouest sahélienne: Mise

au point et qualification d’un dispositif expérimental de mesure de flux vertical d’aérosols terrigènes en

nombre et masse

Rajot Alfaro, Gaudichet,

Marticonera PNCA

2003

Emissions et dépôt des espèces chimiques et des aérosols en Afrique

de l’Ouest (Projet AMMA)

Liousse

Cachier, Delon, Gomez, Leroux, Mari, Mougin, Perros, Serça

PNCA 2003

Id Yoboué, Tathy,

Liousse

LAPA (Univ de Cocody), LPAB (Univ de Brazaville), Faculté Bamako,LSCE, LISA,

CESBIO, LEM, LERMA, LA

CORUS (non financé)

2003

Contribution des mesures spatiales à l’étude de la mousson africaine

Eymard

Attié, Chiapello Champeaux, Elias,

Goloub, Léon, Leroy, Liousse, Mougin,

Prigent, Roujean, Sèze, Vesperini, Zribi

PNTS

2002 2003

Analyse de la vapeur d’eau et des nuages non-convectifs (Titre

provisoire) Vesperini

Sèze, Eymard,Prigent, Boucher, …

PNTS 2003

Contrôle et spatialisation d’un modèle de fonctionnement de la végétation à l’aide de données

Mougin Boulet, Duchemin, Frison, Mougenot, Jarlan, Mazegga

PNTS 2002 2003


101

satellitales Caractérisation par télédétection

spatiale des paramètres de surface de deux bassins versants ouest-africains

climatiquement différenciés, assimilation dans le modèle

hydrologique POWER

Zribi Braud, Galle,

LeHégarat, Ottlé, Peugeot, Séguis, Zin

PNTS 2002 2003

Développement de méthodes d’estimation du contenu intégré et du

champ 3D de vapeur d’eau atmosphérique par GPS :

ESCOMPTE, IHOP, OHMCV, AMMA (Projet plus large qu’à

AMMA)

Bock Doerflinger, Van

Baelen, Bouin (Partie AMMA)

PNTS 2003

Variabilité climatique et ses impacts en Afrique Equatoriale Atlantique

Mpounza Fontaine

LPA et CRTH (Univ. du Congo), Univ. Libreville,

Univ. De Bangui,CRC,CEREGE

CORUS

2003

Variabilité du flux de mousson en Afrique de l’Ouest

Ochou Diedhiou

LAPA et IGT (Univ de Cocody), EAMAC,

LTHE, LGMA CORUS

2003

ORE-CATCH Lebel

Depraetere, LE Barbé, Braud, Diedhiou, Galle, Gosset, Peugeot, Séguis,

Duchemin, Mougin, Mougenot + Participants

Africains

ORE

2003

ORE-IDAF Galy-Lacaux ORE 2003 ORE-Photons Gouloub ORE 2003

Couplage des cycles hydrologiques, atmosphériques et

continentaux aux échelles régionales et climatiques.

Application au Climat de l´Afrique de l´Ouest

Messager

Brasseur, Braud, Cappelaere, Gallée,

Girou, Grasseau, Léger, Peugeot, Séguis

ACI-Grid

2002 2003


Ce document est une synthèse réalisée par le groupe de travail international sur les radiosondages.

Les SOPs de 2006 doivent s’appuyer sur un réseau de radiosondages opérationnels dense et réparti de manière uniforme en Afrique de l’Ouest. Le réseau sur cette région du monde étant déficient et sujet à des problèmes de transmission, il faut (1) faire un état des lieux de son activité actuelle, (2) définir son niveau de renforcement.

Radiovent / Pibal (Wind)RadioSounding

Theorical networkRadiosounding - Pibal

Figure A.1. Réseau théorique (document OMM) de radiosondages(rouge) et pilots (noir). En superposition, la fenêtre régionale (noire), l’espace sous-régional (zone CATCH ; vert) et transect zonal vers 12.5°N, les trois sites de méso-échelle (vert), et site de Lamto (Cote d’Ivoire ; vert). En bleu le quadrilatère de la SOP

Statistiques de réception au CEPMMT sur 2002 (Janvier-Septembre)

Le réseau théorique de base (radiosondages + radiovents + pilots) est bon (Fig. A1), mais extrêmement déficient dans la réalité. En Afrique du Nord (non représenté complètement sur la carte ; Maroc, Algérie, Lybie, Tunisie) par contre, il fonctionne très bien. Sur le réseau théorique, on peut cependant repérer des zones déficientes dans la bande de latitude (Nouakchott/Nouadhibou – Agadez/Tamanrassset), puis à l’Est de N’Djaména. La carte suivante (Fig. A2) montre les statistiques de messages PTUV reçus (ou pas) au CEPMMT à 12UTC (les statistiques pour 00UTC sont dans la table A1) en moyenne de Janvier à Septembre 2002 (on trouve à peu près la même chose en 2001 sauf remarques particulières faites dans le tableau ci-dessous). On note (1) un certain nombre de sites sans mesures transmises : Guinée (Conakry : plus de consommables), Côte d’Ivoire (Abidjan : explosion du local à hydrogène), Ghana, Nigéria, Pointe Noire (Congo) ; (2) un réseau à 00UTC encore plus faible qu’à 12UTC ; le site de Parakou (Bénin) maintenu en été 2002 dans le cadre du projet

Appendice A: Etat des lieux du réseau de radiosondages


103

IMPETUS mais actuellement non financé ; (3) certaines stations dont le nombre de messages transmis chutent en fin de période pour une raison inconnue (Sal, Bamako, Agadez, N’Djaména, Douala, Bangui). Le réseau des radiovents et pilots (non montré ; la différentiation n’est pas toujours certaine avec les informations disponibles ; Tombouctou par exemple apparaît comme une station de radiovent alors qu’elle est affichée comme station de radiosondage) aux quatre réseaux synoptiques est d’une densité extrêmement faible. Il semble cependant que les quelques points en fonctionnement fournissent des mesures de bonne qualité (A. Fink - programme IMPETUS – comm.pers.).

25

14

12

6

27

13

23

2727

27

27

21

9

Bamako : nothing in AS 02

Agadez : nothing in Sept 02

NÕDjamena : nothing since May 02

Douala : nothing in JAS 02

Bangui : nothing in JAS 02

Parakou : only MJJAS 02

Abidjan : nothing since July 2001

Nouadhibou : very few since Oct. 01

P,T,Hu, Wind 12UTC

on / not on GTS (ECMWF)in January-September 2002

RadioSounding on GTS (nb/month)

RadioSounding not on GTS

22

1

4

2

RadioSounding for EOP/P1: March 05 - Oct 07 @ 12UTC

RadioSounding for EOP/P1: March 06 - Oct 06 @ 00 & 12UTC

21

Figure A.2. Statistiques du nombre moyen par mois de radiosondages reçus au CEPMMT entre Janvier 2001 et Septembre 2002 (Réseau de 12hTU). Le nombre moyen par mois est indiqué entre parenthèses. En points cerclés bleu clair sont présentés les sites prioritaires pour l’EOP.

Besoins nécessaires pour la SOP_2006

D’une manière générale, le réseau doit comporter une distribution spatiale uniforme pour éviter des effets de distorsion sur les champs assimilés, mais aussi car l’examen du champ de vent au passage de systèmes convectifs importants montre une structure quasi-circulaire loin autour de ces systèmes sans axe d’aspiration particulier. Il est cependant intéressant de documenter des transects méridiens et zonaux pour suivre respectivement le cycle saisonnier du système de mousson et la propagation vers l’ouest des systèmes atmosphériques (ondes d’est synoptiques et systèmes convectifs de méso-échelle) ainsi que les entrées de mousson par le sud. De même la mise en place de quadrilatères pour les calculs de bilans d’eau et d’énergie est prioritaire.

Pour répondre aux besoins prioritaires d’un bon suivi de l’environnement atmosphérique et tenant compte de la situation opérationnelle des stations de radiosondages, un réseau de soutien de base à la SOP de 12 stations a été identifié, définissant le cadre de l’EOP (voir Fig.A.2 ; les stations inscrites en italiques sont inclues dans les transects ci-dessous, sont programmées pour la SOP, mais ne sont pas dans les 12 stations prioritaires sur lesquelles il a été choisi de porter l’effort d’activation ou de remise à niveau durant l’EOP) :


104

Un transect méridien Cotonou-Parakou-Niamey-Tamanrasset Un transect zonal sahélien N’Djaména-Niamey-Ouagadougou-Bamako-Tambacounda-Dakar-Sal Un axe nord sahélien Agadez-Tombouctou Un axe sud Conakry-Abidjan-Cotonou-Douala-Bangui Un quadrilatère Cotonou-Tamale-Niamey-Minna avec Parakou au centre Un quadrilatère Parakou-Ouagadougou-Tombouctou-Niamey Un quadrilatère Bamako-Conakry-Sal/Dakar-Nouakchott

A noter que des radiosondages seront effectués par le Ron Brown dans le golfe de Guinée durant la SOP1 et à l’ouest de Sal durant les SOP2 et SOP3. La configuration de l’EOP se définit par un radiosondage par jour (12UTC) entre Mars 2005 et Octobre 2007 et deux radiosondages par jour (00UTC et 12UTC) entre Mars 2006 et Octobre 2006. Durant la SOP il sera nécessaire d’assurer 4 radiosondages par jour durant les phases intensives.

Concernant plus spécifiquement le quadrilatère situé autour de Parakou : Niamey fonctionne correctement ; les contacts avec le Ghana sont en cours et encourageants (la DMN souhaite fortement participer à AMMA et la mise en place d’un site de radiosondage est envisageable) ; la mise en place de Cotonou est financée en grande partie par l’ACI « Changement climatique » et la Direction Météorologique Nationale du Bénin est très favorable à l’édification d’une station de radiosondage à Cotonou ; le correspondant de Vaisala au Nigéria n’indique pas d’installation à Minna : ils ont équipé Lagos, Kano et Maiduquri. Dans le cadre de la proposition « Hot spot » au 6ème PCRD, Vaisala s’est engagé sur l’activation des stations de Minna, Parakou, Tamale et Tombouctou, ainsi que la remise à niveau des stations de N’Djaména et Sal. Concernant les autres stations, Abidjan, Dakar et Niamey font partie de réseau GCOS et des actions sont en cours pour un soutien de ce réseau.

La question du réseau de pilots est encore en suspens. Les pilots offrent une information intéressante sur les vents de basses couches, cependant il doit être difficile de les suivre aux abords du Jet d’Est Africain, et donc seraient limités pour diagnostiquer les interactions mousson-jet. Ils nécessitent une analyse précise de la qualité des valeurs fournies pour ne pas perturber les systèmes d’assimilation. Le réseau de pilots a fourni sur les trois dernières années des données sur le GTS pour les sites uniquement pilot de Zinder, Maradi, Birni, Parakou, Cotonou, Gao, Mopti, Man, Bobo-Dioulasso, et en complément aux radiosondages pour les sites de Abidjan, Niamey, Agadez, N’Djaména, Tombouctou, Bamako, Dakar, Tambacounda, Nouakchott. Parmi l’ensemble de ces sites de pilot, Kandi et Gao pourraient compléter le transect méridien.

Enfin la question des transmission est cruciale, et un état des lieux précis est nécessaire.

Actions prioritaires à entreprendre

• Obtenir des informations précises sur l’état de fonctionnement des stations (problèmes d’équipement et de consommables, communications, personnel, archivage des données). A. Diedhiou (IRD), en affectation à Niamey, a poursuivi les prises de contact avec l’ASECNA et les DMN locales pour mieux comprendre les raisons de non arrivée des messages (pas d’équipement, pas de consommables, pas de personnel, problèmes de transmission), croiser les renseignements sur le fonctionnement des stations avec ce qui est reçu au CEPMMT, et mettre en place les coordinations nécessaires. D’autre part l’intégration de Vaisala dans le cadre de la soumission « Hot spot » va nous apporter un soutien dans ce cadre (état des lieux, réhabilitation, formation du personnel).

• La poursuite de la recherche de financements. Le Programme de Coopération Volontaire de l’OMM : L’OMM a recommandé dans son dernier rapport de l’AR1 (Avril 2002) la


105

réactivation d’un nombre optimum de stations de radiosondage. D’autre part lors de la dernière réunion du GCOS à Niamey en Mars 2003, le projet AMMA a été reconnu et est maintenant officiellement soutenu. Des réunions sont prévues au printemps en Afrique concernant AMMA (A. Diedhiou collabore avec le GCOS pour AMMA). Ces contacts devraient permettre d’organiser le mode de soutien de l’OMM vers le réseau de radiosondage africain. D’autre part, nous avons participé à l’élaboration de l’appel d’offres du FSP « Changement climatique » dans lequel une proposition de soutien pour le l équipement et le fonctionnement de deux stations de radiosondage durant l’EOP est affichée.

• La faisabilité de faire fonctionner quelques stations de pilots.


106

PAYS STATION Nb / mois

12UTC

Nb / mois

00UTC

Remarques

Mauritanie Nouadhibou 1 0 Très peu depuis Octobre 01

Nouakchott 22 0 -

Cap Vert Sal 21 0 Rien en JAS 02

Sénégal Dakar 27 27 -

Tambacounda 13 0 -

Guinée Conakry 0 0 Pb consom. depuis Janvier 01

Algérie Tindouf 25 0 -

In Salah 27 0 -

Tamanrasset 27 27 -

Mali Bamako 23 23 Rien en Aout-Septembre 02

Tombouctou 0 0

Burkina Ouagadougou 27 0 -

Niger Niamey 27 27 -

Agadez 21 0 Rien en Septembre 02 (Pb consom.)

Côte d’Ivoire Abidjan 0 0 Rien depuis Juin 01 (explosion)

Ghana Tamale 0 0 Rien ; contacts en cours

Bénin Parakou 6 28 Seulement MJJAS 02 (IMPETUS)

Cotonou 0 0 Implémentable

Nigéria Lagos 0 0 Rien ; Pb consom.

Minna 0 0 Rien

Kano 0 0 Rien ; Pb consom.

Maiduquri 0 0 Rien ; Pb consom.

Ibadan 0 0 Rien

Enugu 0 0 Rien

Tchad N’Djaména 9 11 Très peu depuis Mai 02

Cameroun Douala 12 12 Rien en JAS 02

Gabon Libreville 14 0 -

Congo Ouesso 2 0 -

Pointe Noire 0 0 -

Centrafrique Bangui 4 7 Rien en JAS 02

Table A1 : Statistiques du nombre moyen mensuel de réseaux de radiosondage reçus au CEPMMT sur la période Janvier-Septembre 2002.


107

Prévision météorologique: Projet SAPREM (CNRM/GMAP et ACMAD)

Objectifs - Développer un système de Prévision Numérique (PN) en Afrique.

Approche

- Principe : développer ce système avec des stagiaires africains, leur permettant ainsi d’acquérir une

expérience puis expertise en PN.

- Projet initial : version étirée d’ARPEGE sur l’Afrique.

- Projet actuel : réorientation vers plusieurs modèles à aire limité (LAM) sur l’Afrique

• Conditions limites fournies par l’Analyse Tropicale de MF

• MF propose ALADIN comme LAM, mais d’autres choix sont possibles

- Ouverture vers l’université dans le cadre d’AMMA : bourse FIRMA de L’ACMAD

Travaux

- Trois stages à MF depuis 2000 (2 à 3 stagiaires). Multiples difficultés rencontrées (langue, niveau,

motivation, administratifs, santé…)

- Etude de l’impact des RS sur la ceinture tropicale dans l’analyse 3D-Var en grille linéaire.

- La suite sera focalisée sur les précipitations puis sur l’impact des aéronefs.

Prévu en 2002 Personnes Caille, Geleyn, Pailleux (CNRM)

Stagiaires africains (sur de courtes périodes)

Demandes - Retour de l’appel d’offre FIRMA : au minimum 2 propositions attendues de laboratoires africains

Commentaires - Intensifier les contacts avec les personnes développant l’analyse « tropicale » et le projet SAPREM pour

susciter des collaborations avec AMMA pour améliorer, évaluer et utiliser ces produits numériques sur

l’Afrique.

- Envisager d’utiliser et valider un tel système de PN durant l’expérience.

A débattre

fin 2002

Connections - Forte contribution au volet formation et application d’AMMA

- SOP

Appendice B: Premier Inventaire des outils de modélisation


108

Amélioration des états initiaux à fine échelle pour la modélisation de l’atmosphère

Objectifs - Amélioration des états initiaux des simulations à fine échelle, en tirant parti au max. des données sat.

- Priorité sur l’humidité de l’atmosphère

Approche - Elaboration de profils d’humidité

- Injection par interpolation Optimale (Canari – Aladin)

- Assimilation 3D-Var (fine échelle)

- Assimilation 4D-Var (moyenne échelle) avec l’Analyse Tropicale de MF

En cours

En cours

A partir de 2003

Possible

Données - Classification nuageuse du LMD (Sèze)

- UTH Meteosat puis MSG calculé par le LMD (Roca)

- Vents bas satellite du LMD (Desalmand), Pilots

- Surface (SYNOP…)

En cours

En cours

Prévu 2003

Possible 2003

Personnes Nuret, Gouget, Lafore et stages (CNRM) A renforcer

Demandes - Projet PATOM 2002-2004

Commentaires Il s’agit d’études prospectives. L’enjeu est maintenant de

passer à une analyse 3D ou 4D-Var, en étroite collaboration avec le CNRM/GMAP

d’avoir un outil plus automatique pour généraliser son utilisation pour AMMA

Les moyens humains sont insuffisants pour cela actuellement. Une stratégie possible serait d’insérer cette

technique dans l’Analyse Tropicale de MF

A débattre

fin 2002

Connections SOP et GT satellites

Simulations à fine échelle de l’atmosphère : cas réels

Objectifs - Simulations à fine échelle de cas reels

- Etude de processus (cycle de la convection, cycle de l’eau…) et interactions (convection-surface,

convection-jets-ondes) cf Livre Blanc

- Amélioration des paramétrisations

- Préparation puis exploitation de la SOP

Approche

Maîtrisée

mais lourde

- Méso-NH avec modèles imbriqués (30km à 2km de résolution)

- Outils diagnostics : bilans, traceurs…

- Initialisées à partir des états améliorés à fine échelle

- Validation : observations in situ et radiances synthétiques/radiances METEOSAT

- Etude de sensibilité

2 cas disponibles :

HAPEX-SAHEL

JET2000

Autres cas :

possible

Données - Données initiales : le point le plus faible provient de l’analyse des humidité des sol

- Données de validation : déterminer à l’aide de ces simulations la stratégie d’observation pour la SOP

(paramètres et localisation)

Personnes Nuret, Gouget, Lafore, Redelsperger et stage (CNRM)s

Demandes - Projet PATOM 2002-2004 (interaction convection humidité)

- Demande FIRMA en préparation au Sénégal (collaboration)

- En cours

- Autres cas

Commentaires - Ces simulations sont une source importante d’informations à fine et moyenne échelle. L’accent doit être

porté sur leur exploitation scientifique en collaboration avec les autres laboratoires en fonction des

objectifs poursuivis.

- La simulation d’autres cas est possible en fonction des demandes et du personnel disponible

(coordination avec le LA souhaitée) mais ne peut être fait que sur des périodes limitées.

A débattre

fin 2002

Connections SOP et GT satellites

Simulations de l’atmosphère ; cas idéalisés


109

Objectifs - Développer un cadre idéalisé pour étudier les interactions entre la surface, la convection et la circulation

de mousson

- et pour préparer la SOP et l’EOP

Approche - Version 2D (plan méridien) de Méso-NH avec des conditions de surface idéalisées (SST, albédo, eau du

sol, végétation, relief…)

- Forçage de grande échelle déduit des analyses du CEPMMT

- Possibilité de haute résolution pour éviter la paramétrisation de la convection

- Extension 3D de l’approche possible (à discuter)

Mise au point

en 2002

3D 2003 ou 2004

Applications

Multiples

- Etude du cycle diurne

- Sensibilité aux forçages de grande échelle, simulation et étude du cycle saisonnier

- Cycle de l’eau et de l’énergie

- Etude de l’équilibre de la circulation méridienne : collaboration avec le LA

- Sensibilité du cycle saisonnier au conditions de surface : collaboration ave le CRC de Dijon

- Couplage vec un modèle de surface océanique

En cours

Prévu 2003

Prévu 2003

Envisagé 2003

Prévu 2004

Envisagé en 2004 Personnes Piriou, Lafore, Redelsperger et un stage de G. Rechard de 6 mois en 2003 (CNRM)

+ Thèse en cours de P. Peyrillé

Collaboration avec H. Giordani et G. Caniaux pour le couplage surface océanique

Demandes - Projet PATOM 2002-2004 pour les bilans d’eau et d’énergie

Commentaires Cette approche est complémentaire à celle des simulations de cas réels. Potentiellement elle peut jouer un

rôle central dans AMMA, en fournissant un cadre intégrateur et adapté à l’étude des interactions

d’échelles et de processus. En fonction de son succès, il faudra peut être renforcer ce pôle.

A débattre

fin 2003

Connections SOP et EOP


110

Modélisation climatique régionale et, couplage Hydrosphère-Atmosphère

Objectifs - Régionalisation du climat de l'Afrique de l'Ouest, avec accent mis sur la variabilité de son régime

pluviométrique aux échelles intra-saisonnières et inter-annuelles

- Sensibilité du climat de l’AO au couplage hydrologie-atmosphère

- Transfert radiatif et bilans d’énergie.

Approche - Version 3D et 2D de MAR/MCR : résolution ?

- Conditions limites latérales fournies par des analyses

- Couplage avec un modèle hydrologique (POWER ?)

Couplage en cours

Travaux 3D a) validation du MCR pour le climat actuel; comparaison des performances: réanalyses et MCR

Thèse de Wilfran Moufouma

b) définition des échelles spatiales et temporelles pertinentes caractérisant un évènement pluvieux dans le

MCR; génération des forçage pour un désagrégateur des pluies sahéliennes

Thèse de Romain Ramel

c) Sensibilité du climat simulé par le MCR au couplage hydro-météo en région sahélienne

Thèse de Christophe Messager

d) Influence des transferts radiatifs sur les bilans d'énergie

e) Transfert du know-how dans un modèle climatique global et/ou régionalisation d'un scénario

climatique sur l'Afrique de l'Ouest

Deadline: Fin 2002

Deadline: 2003

Deadline: fin 2003

Deadline: fin 2004

Travaux 2D a) Sensibilité du modèle aux forçages (SST, végétation,...), des échelles intra-saisonnières aux échelles

décadales

b) influence des transferts radiatifs sur les bilans d'énergie

Deadline: Fin 2004

Deadline: 2005 Personnes Gallé (LGGE) , Diedhiou, Vauclin (LTHE)

3 thèses en cours : Messager, Ramel, Moufouma

Demandes

Commentaires - Pour l’aspect climat régional, des collaborations sont à encourager avec le CNRM et le LMD

- La partie couplage hydrologique est prioritaire pour AMMA, la stratégie doit être discuter entre les

différents labo. engagés sur cette question traitée à différentes échelles.

A débattre

fin 2002

Connections LOP et EOP


111

Amélioration des paramétrisations des modèles atmosphériques (dont nuages)

Objectifs - Amélioration des paramétrisation de la convection sèche et humide

- et pour préparer la SOP et l’EOP

- cet objectif non spécifique à AMMA, mais l’Afrique pose des difficultés particulières : couche limite

saharienne épaisse et intense, lignes de grains rapides dans la zone sahélienne, évaporation des

précipitations et transport de q.d.m…

Approche

Maîtrisée

- Celle développée dans le cadre de GEWEX/CSS, combinant CRM et SCM.

- Prolongation des travaux effectués dans WAMP et actuellement dans EUROCS.

- Promouvoir des cas spécifiques à l’Afrique de l’Ouest (cas HAPEX-SAHEL par exemple)

- Développer une approche couplée idéalisée 2D, permettant de tenir compte de la rétroaction Convection-

Grande échelle, pour évaluer les paramétrisations.

En cour

Travaux

- Paramétrisation des courants de densité collaboration LMD

- Implantation dans LMDz et validation sur l’Afrique

- Proposition du cas test HAPEX-SAHEL

- Approche couplée idéalisée 2D sur l’Afrique : comparaison CRM-SCM

- …

En cours 1D

Prévu 2003

Possible 2003

Prévu fin 2003

Personnes Guichard (à terme), Lafore, Redelsperger (CNRM) + collaboration LMD (Grandpeix, Lahenec)

Thèse P. Peyrillé

Demandes

Commentaires Les travaux sur la paramétrisation des nuages et leur impact sur la représentation de la MA dans les GCM

sont à coordonnés au sein d’AMMA.

Ce sera un des objectifs de ce GT modélisation

A débattre

fin 2002

Connections GCM dans l’EOP et la LOP

Simulations climatiques – CNRM et IPSL

Objectifs

- Compréhension de la variabilité interannuelle et décennale de la mousson Africaine

- Scénarios climatiques pour le 21ème siècle

Approche

- Évaluation de la variabilité interannuelle et décennale des modèles atmosphérique globaux sur la région

africain.

- Évaluation des simulations couplées (Modèle couplé de l'IPSL, OPA-ARPEGE).

- Études de sensibilité en mode forcé (anomalies de SST, anomalies continentales (humidité, végétation)

- Analyse statistique des séries observées et simulées (en couplé et en forcé)

- Étude de l'impact du changement climatique sur les resources en eau à l'échelle continentale.

Personnes Chauvin, Douville, Maynard, Royer (CNRM)

Pôle de modélisation de l'IPSL(L.Li, J.-Y. Grandpeix, J. Polcher, T. D'Orgeval, P. Friedlingstein, ...)

Demandes PNEDC 2002-2003

Commentaires

Connections LOP

Simulations hydrologiques

Objectifs - Modélisation régionale du cycle hydrologique dans la région de Niamey (1600 km²)


112

- Estimation de la recharge de la nappe (intégrateur des processus)

- Etude de la sensibilité hydrologique aux évolutions climatiques et environnementales sur la période

1950-2000

- scénarios hydrologiques

Approche

- Modélisation physique distribuée de la mosaïque de bassins versants. Estimation des apports à la nappe

par infiltration dans les mares de bas-fonds.

- Scénarios climatiques (données historiques)

- scénarios d’évolution environnementale (estimée par photos 1950-2000)

Planning

- modèle régional en cours de développement.

- scénarios passés

- scénarios futurs (à confirmer, si thésard)

2002-2003

2002-2003

Personnes B. Cappelaere, G. Favreau, C. Peugeot, L. Seguis., J. Touma, S. Massuel (thésard) (HSM)

Demandes Financé IRD + PNRH

Connections Données historiques, LOP et EOP pour validation

Objectifs Développement d’un modèle hydrologique basé sur les invariants d’échelle

Test sur le bassin de la Donga (600 km², Bénin) et des bassins français

Approche

- Invariance d’échelle permet théoriquement de limiter les besoins en mesure des paramètres, par leur

inversion à partir des variables d’état du système.

Planning

- modèle en cours de développement.

- test sur Donga , comparaison avec d’autres modèles (Thèses)

2002-2003

2003-2004

Personnes I. Braud, S. Galle, N. Varado (thésarde) (LTHE)

Demandes Financement IRD + PNRH

Connections LOP et EOP pour validation


113

Couplage hydrosphère-atmosphère grande échelle – CNRM et IPSL

Objectifs

CNRM

- Développement et validation d’une modélisation hydrologique globale incluant les effets sous-maille et

les zones inondées

- Validation sur les grands bassins et plus particulièrement sur l’Amazone, le Niger et l’Ob

- Impact sur les simulations climatiques

- Prise en compte dans ISBA de la variabilité sous-maille (/ résolution de ~3°) de l’hydrologie (approche

de Koster et al. 2000),

- et des surfaces inondées dans le modèle de routage TRIP (Rotal Runoff Integrated Pathways)

- Couplage avec ARPEGE-Climat

Approche

- simulations globales de type GSWP (mode forcé à 1°)

- confrontation aux débits observés et aux observations spatiales (visible, micro-ondes, altimétrie)

- validation dans des simulations climatiques (ARPEGE)

Personnes Thèse de Decharme encadrée par Douville et Royer (CNRM) « Observation de la terre » ou bourse de

thèse MF

Demandes Demande de bourse de Thèse ACI

Commentaires


Objectifs

IPSL

- Amélioration de la prise en compte de zones inondables dans ORCHIDEE

- Validation sur les grands bassins et plus particulièrement sur le Niger et le Riod e la Plata

- Impact sur le climat simulé dans ces régions

- Simulation des ressources en eau dans la région et impact du changement climatique sur celles-ci.

Approche

- Simulations globales de type GSWP (mode forcé à 1°)

- Confrontation aux débits observés et aux observations spatiales (visible, micro-ondes, altimétrie)

- Validation dans des simulations climatiques (LMDZ)

Personnes Anne-Charlotte Vivant, Jan Polcher et Thanh Ngo-Duc

Demandes Travail financé en partie par le projet PROMISE

Commentaires



114

Couplage hydrosphère-atmosphère à mésoéchelle

Objectifs - Développement d’un protocole de couplage générique

- Développement de désagrégateurs de précipitations

- Application au coulage du MAR et de abc( modèle hydrologique) sur la bande sahélienne.

- Etude de l’effet des forçages climatiques sur l’hydrologie

- Etude de la rétroaction.

Approche

- Gestion des écoulements latéraux et par modèle hydrologique, interface atmosphère avec le svat

SISVAT, essais de validation par débits des grands fleuves .

Planning - Action méthodologique en cours (coupleur, désagrégateur…)

- Simulations

2002-2003

2003

Personnes C. Messager H. Gallée,O. Brasseur, I Braud (LTHE). D. Girou, G. Grasseau, L. Léger. (IDRIS), , B.

Cappelaere , C. Peugeot, L. Seguis. (HSM)

Demandes Financement ACI GRID

Connections données historique pour validation

Couplage hydrologie – végétation

Objectifs - Etude des interactions entre écoulements latéraux, développement et fonctionnement de la végétation, et

rétroaction.

- Etude à échelle locale (2km²), zone sahélienne (site Hapex Sahel)

Approche - Développement d’une procédure de couplage de modèles existants.

Planning

adaptation modèle végétation

adaptation modèle SVAT

couplage des trois modèles et validation (site Hapex Sahel)

2001-2002

fin 2002

Personnes coord. L. Seguis (HSM). Partic. C. Peugeot, B. Cappelaere (HSM), G. Boulet (CESBIO), I. Braud

(LTHE), J. Gignoux et N. Boulain (thésard) ENS

Demandes financement PNRH 2001-2002

Connections LOP et EOP pour validation


115

Couplage chimie-dynamique atmosphérique

Objectif 1

Etat

d’avancement

- Modélisation mésoéchelle du bilan de l’O3 et de ses précurseurs (HOx, NOx) dans la Mousson

Africaine:

• Transport convectif et lessivage: le zoom Afrique de l'Ouest (travail de Véronique Pont ATER)

• Impact des éclairs sur la production des NOx: le projet européen TROCCINOX

En cours

Début 2003

Objectif 2

- Modélisation mesoechelle et globale du transport intercontinental du CO:

Etudiante en thèse

Début :

Automne 2002

Objectif 3

Etat

d’avancement

- Modélisation mésoéchelle et globale du transport et de l’impact radiatif de l’aérosol

Un travail est déjà effectif à l'échelle globale (TM3)

* Test de sensibilité de la variabilité interannuelle des inventaires d’émission des feux de biomasse (1981-

2000) sur la modélisation globale du transport du carbone suie (modèle TM3).

* Validation de ces travaux avec les données satellites TOMS (collaboration avec le LOA, stage de

maîtrise).

Fait

En cours

Objectif 4

Etat

d’avancement

- Modélisation à mésoéchelle du mélange complexe d’aérosols incluant la formation de l’organique

secondaire particulaire : validation dans MésoNH 3D (avec tests positifs pour la zone Ace Asie et

Escompte).

En cours

Objectif 5 - Modelisation à mésoechelle de la propagation des feux : développement d'un module dynamique de feux. (en attente de financement par le Ministere de la Recherche)

En attente

Objectif 6

Etat

d’avancement

- Emissions par les feux de biomasse. Inventaires d’émissions par la pollution des villes et les feux

domestiques :

* Modélisation VOC modélisation mésoéchelle pour établissement inventaire d’émissions ; validé sur la

France. Application a l’Afrique.

* Modélisation NOx : Impact régional NO avec MésoNH : Création module d’émission avec zoom sur

tranferts sol-végétation-atmosphère et couplage de différents modules (approche combinée mesures-

modeles-satellites)

A venir dans cadre

EOP CORUS

Thèse en cours

Thèse en cours

Personnes C. Liousse, C. Mari,, C. Delon,, C. Galy-Lacaux, , D. Serça , V. Pont(LA)

Financements PNCA, GICC, INSU et OMP (IDAF)

projets bi-latéraux avec les partenaires africains (CORUS) en attente

ATI Jeunes Chercheurs (en attente)

Thèses

Postdoc

1. Bilan des HOx/NOx dans la Mousson Africaine – Approche combinée modélisation (Méso-NH-

Chimie)- mesures (réseau de mesures des pluies IDAF)-satellite (TERRMOPITT,ENVISAT-

SCIAMACHY)

2. Etude du transport vertical et intercontinental du CO par une approche combinée modèle mésoechelle

(Méso-NH) et satellite (MOPITT) - demarrage en Septembre 2002

3. Caractère hygroscopique de la composante organique : paramétrisation pour module aérosol de

MésoNHC (et TM3 ?) ; approche combinée émissions/modèle/mesures IDAF et SOP/satellite (collaboration H. Cachier, S. Fuzzi). 1. Transport du CO via l'assimilation des données MOPITT dans Méso-NH (collaboration NCAR) 2. Transport et la climatologie de l’aérosol (zoom carbone) dans les modèles global (TM3) et mésoéchelle (MésoNHC et son module aerosol) pour l’année 2000-2001. Comparaisons aux données SAFARI, AERONET et MODIS. (collaboration LOA, Afrique du Sud, NASA Goddard)

- DEA 2003

puis thèse

- sept 2002 - DEA 2003

puis thèse

- sept 2002

- - sept 2002


116

Couplage Océan-atmosphère et dynamique océanique dans le Golfe de Guinée

Objectifs - Importance de la variabilité des courants océaniques de surface et subsurface sur le champ de SST.

- Echanges d’énergie à l’interface air-mer

Approche - Analyse conjointe observations et simulations numériques

- analyses simulations forcées atmosphériques (ARPEGE) sur la période 1948-98

- Analyse simulations forcées océaniques

- Analyse expérience modèle couplé ORCA ARPEGE

Début :

Automme 2002

A déterminer

Personnes - Jérome Le Berre (Thèse début automme 2002) collaboration L Terray (CERFACS/SUC), S Janicot

(LMD), B Bourles et Y.du Penhoat (LEGOS)

Demandes - Projet PNEDC 2002-2004

Commentaires Il s’agit de simulations existantes qui sont des sources de renseignements importantes pour la moyenne et

la grande échelle. Le but est de mesurer l’importance de la circulation océanique sur la variabilité de la

SST.

A débattre

Connections LOP, EOP, SOP et GT satellites

Analyse des simulations océaniques MERCATOR

Objectifs - Analyse de la variabilité de la couche mélangée océanique dans les simulations MERCATOR : MNATL et

miniPOG (impact de la résolution du modèle sur la circulation dans le Golfe de Guinée)

- Analyse des différents forçages importants pour la dynamique de la couche de mélange.

Approche - Analyse conjointe observations et simulations numériques

- Analyse simulations forcées avec assimilation MNATL : interprétation des variations du niveau de la mer

et des données in-situ (de surface et de subsurface).

Analyse simulations forcées CLIPPER

miniPOG

- Test de sensibilité sur la formulation E-P

Début :

Eté 2002

2002

début 2003

2003

Personnes Nicolas Ferry, C. Maes, B. Bourles Y. du Penhoat et stagiaires (LEGOS) A renforcer

Demandes - Projet MERCATOR 2002-2004

Commentaires Les analyses sont basées sur des simulations MERCATOR de type ré-analyse et non pas sur les analyses

opérationnelles hebdomadaires. La projection de ces analyses sur la prédicibilité de la région sera envisagée

à plus long terme.

Connections Couplage Océan-atmosphère et dynamique océanique dans le Golfe de Guinée

LOP, EOP, SOP et GT satellites


117

Tutelles

CNES Centre National d’Etudes Spatiales CNRS/INSUE Centre National de Recherche Scientifique/Institut des Sciences de l’Univers et de

l’Environnement IFREMER Institut français de recherche pour l'exploitation de la mer IRD Institut de Recherche pour le Développement MAE Ministère des Affaires Etrangères MENRT Ministère de la jeunesse, de l’Education Nationale et de la Recherche Météo-France

Laboratoires

CESBIO Centre d’Etudes Spatiales de la BIOsphère (CNRS, CNES, IRD, & Univ. Toulouse)

CETP Centre d’étude de l’Environnement Terrestre et Planétaire (CNRS & U. St Quentin)

CMS Centre de Météorologie Spatiale (Météo-France)

CNRM Centre National de Recherches Météorologiques (Meteo-France & CNRS)

CRC Centre de Recherches de Climatologie (CNRS & Univ. Dijon)

FESE Fonctionnement et Evolution des Systèmes Ecologiques (CNRS, ENS)

HSM Hydrosciences Montpellier (CNRS, IRD & Univ. Montpellier)

LA Laboratoire d’Aerologie (CNRS & Univ Toulouse)

LAMP Laboratoire Atmosphere Météorologique et Physique (CNRS & Univ. Clermont)

LBCM Laboratoire de Biogéochimie et Chimie Marine (CNRS, UPMC)

LEGOS Laboratoire d’Etudes en Geophysique et Océanographie Spatiale (CNRS, Un Toulouse, CNES, IRD)

LEM Laboratoire d'Ecologie Microbienne (CNRS et Univ CBL)

LERMA Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique (CNRS, Obs.

Paris, ENS, Univ. P&M Curie, Univ Cergy Pontoise)

LESAM Laboratoire d'Etude des Systèmes Atmosphériques Multiphasiques (Université de Savoie)

LISA Laboratoire Inter-Universitaire des Systèmes Atmosphériques (CNRS, Univ Creteil)

LMD Laboratoire de Météorologie Dynamique (CNRS, Univ. Paris, Ecole Polytechnique)

LOA Laboratoire d'Optique Atmosphérique (CNRS, Univ. Lille)

LOCL Laboratoire d'Océanographie Cotière du Littoral (CNRS, Univ)

LODYC Laboratoire Océanographie et Dynamique du Climat(CNRS, UPMC, IRD)

Appendice C: Tutelles et laboratoires français participant à AMMA


118

LPCE Laboratoire de Physique-Chimie de l’Environnement (CNRS & Univ. Orleans)

LSCE Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (CNRS & CEA)

LTHE Laboratoire d’étude des Transferts en Hydrologie et Environnement Grenoble (CNRS, IRD, INPG & UJF)

MEDIAS-France GIE pour le développement de la recherche sur l’environnement global dans le bassin méditerranéen et l’Afrique subtropicale.

SA Service d’Aéronomie (CNRS & Univ. Paris)


119

Appendice D: Le CCMA

Comité de Coordination Mousson Africaine

Ce document a été rédigé par le Comité français de Coordination Mousson Africaine (CCMA), qui comprenait en septembre 2003, les personnes suivantes :

Jean-Luc Redelsperger (CNRM), coordinateur ; Gérard Ancellet (SA), Bernard Bourlès (LEGOS), Robert Delmas (LA), Arona Diedhiou (LTHE), Laurence Eymard (CETP, LODYC), Bernard Fontaine (CRC), Serge Janicot (LODYC), Jean-Phillipe Lafore (CNRM-GAME), Thierry Lebel (LTHE), Eric Mougin (CESBIO), Christophe Peugeot (HSM), Jan Polcher (LMD), Frank Roux (LA), Yves Tourre (Medias-France).

Ce comité a évolué par la suite pour assurer la représentation de composantes

mal représentées dans le comité initial, les nouveaux membres étant : Guy Caniaux (CNRM), Michel Desbois (LMD), Michael Dingkhun (CIRAD), Jean-

François Guégan (IRD), Céline Mari (LA), Didier Tanré (LOA).


120

Appendice E: Acronymes

ABN Autorité du Bassin du Niger

ACI Action Concertée Incitative (France)

ACMAD African Center in Meteorology Applied to Development

ADCP Acoustic Doppler Current Profilometer

ADEOS Advanced Earth Observing Satellite

AERONET Aerosol Robotic Network

AGRHYMET Centre Agro-Hydro-Météorologique (CILLS – Niamey)

ALADIN Modèle de prévisions météorologiques d’aire limité

ALOS Advanced Land Observing Satellite

AMMA Analyses Multidisciplinaires de la Mousson Africaine

AMSR Advanced Microwave Scanning Radiometer

AOC Afrique de l’Ouest et Centrale

AQUA NASA Earth Science satellite mission (EOS) dedicated to the water cycle

AQUATRAIN Nom du groupes de satellites dédiès au cylce de l’eau et qui voleront en formation

ARGO

ARPEGE Modèle de circulation générale atmosphérique de Météo-France

ASAR Advanced Synthetic Aperture Radar (C-band)

ASECNA Association pour la SECurité de la Navigation Aérienne

ASTRAIA/ELDORA Radar franco-américain Doppler aéroporté bi-faisceau

ATC Action Thématique Concertée (programme INSERM)

ATI Action Transversale Inter-départementale (action interne IRD)

AVHRR Advanced Very High Resolution Radiometer

BDD Base De Données

CALIPSO Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite

CATCH Couplage de l’Atmosphère Tropical et du Cycle Hydrologique

CCMA Comité de Coordination de AMMA

CEH Center for Ecology and Hydrology (Wallingford, UK)

CEPMMT Centre Européen de Prévision Météorologique et de Modélisation du Temps

(ECWMF)

CERES Clouds and the Earth's Radiant Energy System

CERMES Centre d'Etudes et de Recherche sur les Méningites et les Schistosomiases (Niamey,

Niger)

CILSS Comité Inter-Etats de Lutte contre la Sécheresse au Sahel

CLIPPER Modelisation haute résolution de l’Atlantique

CLIVAR Climate Variability Program CLOUDSAT Mission spatiale de la NASA pour l’étude des nuages CNES Centre National d'Etudes Spatiales (France)


121

CNRS Centre National de la Recherche Scientifique (France) CORIOLIS

CORUS Programme de Coopération pour la recherche universitaire et scientifique.

COV Composé Organique Volatile

CRM Cloud-Resolving Model

CRU

CSE Continental Scale Experiments

CTD Conductivity–Temperature–Depth

DANIDA DANish International Developpment Agency

DEBITS Déposition of Biogeochemically Important Trace Species

DMN Direction de la Météorologie Nationale

DSF/IRD Département Soutien et Formation de l'IRD

DSS/IRD Département Santé et Société de l'IRD

ECOCLIMAP Global database of land surface parameters at 1 km resolution

EGEE Etude de la circulation océanique et de sa variabilité dans le golfe de GuinEE

ELDORA Cf. ASTRAIA

ENVISAT ENVIronment SATellite

EOP Enhanced Observing Period.

EPSAT Réseau "Estimation des Pluies par Satellite"

ERA ECMWF Re-Analysis

ERS European Remote sensing Satellite

ESA European Space Agency

EUMETSAT European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites

EXPRESSO Experiment for Regional Sources and Sinks of Oxidants

FAO Food and Agricultural Organization

fAPAR Fraction Absorbée du PAR

fCover Recouvrement végétal

FED Fonds Européen de Développement

FEWS Food Early Warning System

FGDC

FIT Front InterTropical (ITCZ)

FSP Fonds de Solidarité Prioritaire (programme du MAE)

GCM General Circulation Model

GCMD

GCOS Global Climate Observing System

GCSS GEWEX Cloud System Studies

GERB Geostationary Earth Radiation Budget

GEWEX Global Energy and Water cycle Experiment

GICC Gestion et Impacts du Changement Climatique


122

GIRE Gestion Intégrée des Ressources en Eau

GLDAS Global Land Data Assimilation

GOOS Global Ocean Observing Systems

GPCP Global Precipitation Climatology Project

GPM Global Precipitation Mission

GPS Global Positionning System

GSWP Global Soil Wetness Project

GT Groupe de Travail (AMMA)

GTS Global Telecommunication System

HAPEX Hydrological and Atmospherical Pilot Experiment HRPT High Rate Picture Transmission ICARE

ICARUSS Inter-Continental Atmospheric Radiosonde Upper-air Sounding System

IDAF IGAC-DEBITS-AFrica

IGAC International Global Atmospheric Chemistry

IGS

IMPETUS Integratives Management Projekt für einen Effizienten und Tragfähigen Umgang mit

Süsswasser

INDOEX INDian Ocean Experiment

INSERM Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (France)

INSUE Institut National des Sciences de l'Univers et de l'Environnement (France)

IRD Institut de Recherche pour le Développement (France)

IRI International Research Institute

ISBA Modèle d’Interactions between Soil-Biosphere-Atmosphere

ISSCP International Satellite Cloud Climatology Project

ITCP

ITCZ Inter-Tropical Convergence Zone

JASON

JET2000 Aircraft observations of the African Easterly Jet

LAI Leaf Area Index LANDSAT LAND observation satellite

LAPA LAboratoire de Physique de l'Atmosphère, Abidjan

LDAS Land Data Assimilation System

LEANDRE Lidar Embarqué pour l'étude de l' Atmosphère : Nuages, Dynamique, Rayonnement et

cycle de l'Eau.

LOP Long term Observing Period

LPA-SF Laboratoire de Physique de l'Atmosphère-Siméon Fongang, Dakar

MAE Ministère français des Affaires Etrangères

MAO Mousson d'Afrique de l'Ouest


123

MAR (modèle) Modèle Atmosphérique Régional

MEGHA-TROPIQUES Mission satellitaire franco-indienne dédiée au cycle de l’eau dans les tropiques

MERCATOR MESO-NH Modèle atmosphérique de mésoéchelle communautaire français METOP Meteorological Operational polar satellites of EUMETSAT MFI Meteo-France International MODIS MODerate-resolution Imaging Spectrometer MONA MOPITT Measurements of Pollution in the Atmosphere

MOZAIC Measurement of OZone and water vapour by AIrbus in-service airCraft

MSG Meteosat Second Generation

NASA National Aeronautics and Space Administration (USA)

NASDA National Space Development Agency of Japan

NCAR National Center for Atmospheric Research (USA)

NCEP National Center for Environmental Prediction (USA)

NDVI Normalized Deviation Vegetation Index

NERC Natural Environment Research Council (UK)

NOAA National Oceanic and Atmospheric Administration (USA)

OMM Organisation Météorologique Mondiale (WMO)

OMS Organisation Mondiale de la Santé (WHO)

OPBC

ORCHIDEE (modèle)

ORE Observatoire de Recherche en Environnement (Ministère français de la recherche)

PAR Photosynthetically Active Ray

PARASOL

PASEi

PATOM

PCV

PHOTONS PI Principal Investigator

PIRATA Pilot Research moored Array in the Tropical Atlantic

PNCA Programme National de recherche en Chimie Atmosphérique (France)

PNEDC Programme National Pour l'Etude du Climat (France)

PNRH Programme National de Recherche en Hydrologie (France)

PNTS Programme National de recherche en Télédétection Spatiale (France)

POLDER Polarization and Directionality of the Earth's Reflectances POSEIDON PRESAO Prévision Saisonnière en Afrique de l'Ouest PROVOR


124

PTU PUMA QuickSCAT RASS-VHF RS Radio-Sondage SAF Satellite Application Facility SAFARI Southern Africa Fire-Atmosphere Research Initiative

SAR Synthetic Aperture Radar

SCHIAMACHY Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric Cartography

SEAWIFS

SIG Système d'Information Géographique

SMOS Soil Moisture and Ocean Salinity

SODAR-UHF

SOP Special Observing Period.

SPOT Satellites Probatoire d'Observation de la Terre

SSM/I Special Sensor Microwave/Imager

SSS Sea Surface Salinity

SST Sea Surface Temperature

SVAT(models) Soil Vegetation Atmosphere Transfert models

SVP

TAMSAT

TDR Time Domain Reflectometry

TEOM

TMI

TOMS TOPEX/ TRMM Tropical Rainfall Measurement Mission

VEGETATION

VOC Volatile Organic Compound

WAMP West African Monsoon Project (Projet européen financé par le 5eme PCRD)

WCRP World Climate Research Program

WMO World Meteorological Organisation

XBT

amma plan d’implémentation en franceamma : plan d’implémentation en france version du 25/02/04...

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