Comment faire des mesures en altitude avec une radiosonde?

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1 Comment faire des mesures en altitude avec une radiosonde? L atmosphère est une enveloppe qui n a pas les mêmes caractéristiques partout. Il est donc utile de compléter les mesures météorologiques classiques, faites dans ses dix premiers mètres à partir du sol, par des mesures réalisées à plus grande altitude. On utilise pour cela des radiosondes. Au cours de la campagne NABOS 2006, l équipe américaine d Erica Key et Peter Minnett (Rosenstiel School of Marine and Atmospheric Science,University of Miami) a réalisé plusieurs lâchers de radiosonde. Qu est-ce qu une radiosonde? La radiosonde est constituée d un boîtier qui contient : - des capteurs qui permettent d enregistrer les différents paramètres : un thermomètre qui enregistre la température en C, un baromètre qui enregistre la pression en hpa, un hygromètre qui enregistre l humidité relative (%) ; - une batterie qui fournit l énergie nécessaire pendant toute la durée de son fonctionnement ; - un émetteur radio qui permet la transmission des données. La bobine de fil qui permet à la sonde d être reliée au ballon. Le boîtier de la radiosonde au niveau duquel se trouvent les capteurs. La batterie qui va permettre l autonomie de la sonde. Les éléments qui composent une radiosonde Pour en savoir plus sur les paramètres météorologiques et leur signification : Trois articles sur ce site : - Mesurer la température de l air, - Mesurer la pression atmosphérique, - Mesurer l humidité relative de l air La préparation et le lâcher d une radiosonde dans l atmosphère en image : La programmation d une radiosonde. 1. La radiosonde est protégée dans un emballage qui contient également le ballon, qui servira à son lâcher dans l atmosphère, et aussi une bande de papier sur laquelle sont codées des informations qui serviront à sa reconnaissance. La première étape consiste donc à configurer l ordinateur qui récupérera les données de la sonde en lui indiquant ses paramètres de reconnaissance. Pour cela la bande de papier est insérée dans un appareil qui transmettra les informations qu elle contient à un ordinateur. 2. Une fois la configuration faite, il va falloir recharger la batterie. On utilise des batteries faciles d utilisation quelque soit l endroit où l on se trouve : ce sont des batteries à eau. Il suffit de mettre la batterie quelques minutes dans un verre d eau pour qu elle soit suffisamment rechargée pour permettre un fonctionnement autonome de la radiosonde. Une fois rechargée, la batterie est placée dans le boîtier.

2 3. L étape suivante consiste à gonfler le ballon qui servira à emmener la radiosonde en altitude. Le ballon est gonflé avec l hélium qui est stocké dans des bouteilles sur le pont du bateau. (C est le même gaz qui est utilisé pour gonfler les ballons de baudruche!) Fixation de la radiosonde sur le ballon. Gonflement du ballon sonde avec de l hélium 4. Une fois le ballon gonflé, on va fixer dessus la radiosonde. 5. Il ne reste maintenant plus qu à lâcher le ballon. L hélium étant beaucoup plus léger que l air, la pression du ballon est de ce fait inférieure à la pression atmosphérique. Si on lâche le ballon, il va donc s envoler. Lâcher d une radiosonde. Que devient une radiosonde après avoir été lâchée? La vitesse ascensionnelle d un ballon sonde est réputée constante ; elle est d environ 5 mètres par seconde. Le temps écoulé depuis le lâcher permet donc de calculer l altitude à laquelle se trouve le ballon. Ainsi au bout de 10 minutes le ballon se trouvera déjà à une altitude d environ 3 000m. La radiosonde est programmée pour effectuer une mesure toutes les dix secondes. Les mesures sont envoyées par l émetteur radio et seront reçues par l ordinateur du bateau. La pression diminue avec l altitude. (Pour en savoir plus voir l article : «Mesurer la pression.»). Lorsque le ballon atteint une zone où la pression atmosphérique est inférieure à la sienne, il éclate. Cette zone est comprise entre 20 et 30 km d altitude; elle est atteinte après moins de 2 heures d ascension.

3 La radiosonde est munie d un petit parachute qui va lui permettre d atterrir en douceur. La majorité des radiosondes ne sera pas récupérée. Mais si vous en trouvez une, un jour, vous trouverez dessus une adresse qui vous permettra de la renvoyer au centre de météorologie nationale, pour qu elle puisse être réutilisée. Comment sont exprimés les résultats obtenus avec une radiosonde? L ordinateur qui collecte les données calculera l altitude en fonction de la vitesse du ballon. Il utilisera ensuite les données pour construire des profils atmosphériques qui présenteront la température, l humidité et la pression en fonction de l altitude. Profil atmosphérique réalisé à partir des données recueillies par une radiosonde lancée le 8 septembre 2006 à 3h21 UTC. (Position du lâcher : Latitude N - Longitude E) Données : Erica Key et Peter Minnett (Rosenstiel School of Marine and Atmospheric Science,University of Miami) Altitude en Km Température C Humidité relative en % Pression en hpa La sonde étant suivie par radar, ces données permettent également de calculer la vitesse et la direction du vent dans les 20 à 30 km. Les données publiées sont-elles les données communiquées par la radiosonde à l ordinateur? Le ballon-sonde est soumis à l action du vent. Cependant, on considère, que par rapport au diamètre de la planète, son déplacement horizontal est négligeable. Par conséquent on admettra que les données obtenues pendant toute la durée de l ascension correspondent aux conditions météo existant à l heure du lâcher.

4 Les météorologistes effectuent-ils souvent des lâchers de radiosonde? Il existe un réseau d environ stations à la surface du globe qui effectue des radiosondages. Il en existe environ 80 aux USA et à peu près autant en Europe. La France en compte 9 en métropole : Brest, Trappes, Nancy, Lyon, Bordeaux, Nîmes, Nice, Ajaccio, et 4 dans les DOM/TOM. De chacune de ces stations sont lancées chaque jour deux radiosondes exactement au même moment : 0h et 12h UTC. L heure UTC correspond à l heure de méridien de Greenwich. En France il y a une heure de moins par rapport à l heure UTC en hiver et une heure de plus en été. Les Français font donc leur lâcher à 23h et 11h l hiver mais à 1h et 13h en été! Le coin des curieux : Connaître la localisation des différents radiosondages effectués à la surface du globe : Une carte est accessible en ligne sur le site Météo-France : Avoir en ligne les données de différentes radiosondes mondiales : Ce site est la banque des données recueillies avec les différentes radiosondes envoyées chaque jour un peu partout dans le monde. Bien qu en anglais, il s utilise facilement en suivant les quelques astuces qui vous sont proposées ci-dessous. Il permet d avoir des données chiffrées brutes qui sont beaucoup plus difficiles à aborder que les graphiques également disponibles. Quelques astuces pour un bon affichage : N ouliez pas de : - sélectionner l unité que vous voulez pour la vitesse du vent (en France c est plutôt des mètres par seconde que des nœuds), - sélectionner le pays, vous pourrez ensuite sélectionner le lieu de lâcher. Pour cela sous la rubrique III «Select station» dans la sous-rubrique «Select radiosonde site by :» choisir l option»country, - demander un affichage des données sous la forme d un graphique, pour cela sous la rubrique V «Select output option» choisir comme format «Skewt plot».vous obtiendrez alors le profil de pression, température, direction et vitesse du vent en fonction de l altitude. Un exemple de profil : Profil obtenu le 11 novembre 2006, par une radiosonde lâchée à Trappes (France) à 11h UTC Pour lire les données plus facilement, voir sur ce site les articles : - «Mesurer la direction du vent»; «Mesurer la vitesse du vent» : pour traduire les symboles utilisés pour ses variables en valeurs chiffrées. - «Mesurer la pression» : pour avoir la correspondance entre pression et altitude.

5 Pourquoi choisit-on d utiliser des radiosondes pour étudier les premiers kilomètres de l atmosphère? Les radiosondes peuvent monter jusqu à mètres d altitude alors qu en général un avion de ligne vole en moyenne à mètres. Elles vont ainsi couvrir une couche atmosphérique plus importante. Nettement moins coûteuses qu un satellite, elles sont faciles d utilisation et peuvent être lâchées quelles que soient les conditions météorologiques. A quoi servent les résultats obtenus avec les radiosondes? Les radiosondes permettent de mieux connaître la structure des 20 à 30 premiers kilomètres de l atmosphère. Leurs mesures sont surtout fondamentales pour alimenter les bases de données mondiales. C est à partir de ces données que les météorologistes pourront établir des prévisions mais aussi des modèles mathématiques de prévision.