D2 Réseaux d'observation de surface

Topique

Les réseaux d'observation de surface fournissent l'historique in situ du système climatique et constituent la base de la construction de séries temporelles de température, de précipitations, de composition atmosphérique, de rayonnement et de niveau de la mer. Contrairement aux satellites, qui observent la Terre depuis l'espace, ces réseaux effectuent des mesures directement sur le terrain, à l'aide de stations météorologiques, de tours et d'instruments spécialisés. Leurs enregistrements permettent de comparer les conditions actuelles avec celles observées sur des décennies, voire sur plus d'un siècle.

Les stations météorologiques constituent l'un des réseaux historiques les plus vastes. Des milliers de stations réparties dans le monde entier fournissent des enregistrements de température et de précipitations à partir desquels sont construites des séries climatiques à long terme. Cependant, ces mesures peuvent présenter des discontinuités qui ne correspondent pas à de véritables changements climatiques, mais plutôt à des modifications des instruments, à des déplacements de stations ou à des transformations de leur environnement. Pour corriger ces effets, des procédures d'homogénéisation sont appliquées afin d'identifier et de corriger les variations artificielles. Ensuite, des méthodes géostatistiques permettent de combiner les observations de différentes stations et d'interpoler les conditions entre elles, tout en estimant l'incertitude dans les régions où la couverture instrumentale est moins étendue. Les tours de flux observent les échanges de dioxyde de carbone, de vapeur d'eau et de chaleur entre les écosystèmes et l'atmosphère grâce à la technique de covariance des vortex. Cette technique établit un lien entre les fluctuations rapides de la vitesse verticale de l'air et les fluctuations de la concentration de la substance transportée. La moyenne temporelle du produit de ces deux fluctuations permet de calculer le flux net entre la surface et l'atmosphère. Ceci requiert des capteurs à haute fréquence capables d'effectuer de nombreuses mesures par seconde, ainsi que des corrections pour éviter de confondre les variations de densité de l'air avec de véritables échanges de carbone, d'eau ou d'énergie.

Un autre réseau international de référence est dédié à la mesure du bilan radiatif à la surface. Des instruments spécialisés enregistrent le rayonnement solaire direct, diffus et global, ainsi que le rayonnement infrarouge descendant et ascendant. Les pyrhéliomètres mesurent la composante solaire directe, les pyranomètres déterminent le rayonnement solaire global et diffus, et les pyrgéomètres enregistrent le rayonnement thermique infrarouge. La combinaison de ces mesures permet d'établir le bilan énergétique de surface et de déterminer si, à un endroit et à un moment donnés, la surface gagne ou perd de l'énergie.

Les marégraphes fournissent des enregistrements historiques du niveau de la mer par rapport à la surface solide locale où ils sont installés. Comme le sol peut aussi se déplacer verticalement, ces instruments mesurent le niveau relatif de la mer. L'altimétrie satellitaire complète ces observations en fournissant des mesures du niveau de la mer à l'échelle mondiale et une référence indépendante des mouvements locaux du sol. La comparaison de ces deux types d'observations permet de distinguer les variations océaniques des mouvements verticaux de la surface terrestre.

Ces réseaux remplissent des fonctions différentes mais complémentaires. Les stations météorologiques documentent l'évolution des variables atmosphériques ; les tours de flux quantifient les échanges entre les écosystèmes et l'atmosphère ; les stations radiométriques observent le bilan énergétique ; et les marégraphes enregistrent l'évolution locale du niveau de la mer. Ensemble, ils fournissent un enregistrement instrumental direct essentiel pour détecter et étudier les changements du système climatique.

Les observations de surface complètent également les mesures satellitaires. Si les satellites offrent une couverture spatiale beaucoup plus étendue, les réseaux au sol fournissent des enregistrements directs et locaux qui sont, dans certains cas, considérablement plus anciens. Ils servent également à calibrer et à valider les produits obtenus par télédétection. La combinaison de ces deux méthodes d'observation nous permet ainsi de reconstituer l'évolution historique et de caractériser l'état actuel du système climatique avec une couverture temporelle, spatiale et physique qu'aucune des deux ne pourrait fournir seule.

ID:820