Alors que le système Argos fête ses premiers

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1 N 54 - Avril/April 1999 ISSN , la mission continue, the mission continues Alors que le système fête ses premiers vingt ans d opération, ce numéro de l Newsletter se tourne vers le futur et révèle d intéressantes perspectives. Les premiers articles témoignent des évolutions observées dans les domaines de l'océanographie et du suivi d'animaux. L article suivant présente, pour la première fois, le projet désigné Conséquence d un dialogue régulier établi avec nos utilisateurs, 2001 complétera la transition d d un «système de collecte de données» vers un outil sur mesure de traitement et de dissémination de données environnementales. L article suivant décrit la voie descendante qui équipera les nouveaux satellites opérationnels vers la fin de l'an 2000 et permettra d envoyer des messages à vos émetteurs. Pour commencer, Michel Taillade, Directeur- Général de CLS, nous présente ci-après le système des années As the system celebrates its first twenty years in operation, this issue of the Newsletter looks forward from an exciting threshold. Several of the articles look at trends in oceanography and wildlife biology programs. And for the first time in the, we discuss the project code-named Driven by dialog with our users, 2001 will complete the transition of from a message-based transmission system into an environment offering fully customized data and service. Another article introduces you to twoway messaging, which the new satellites will offer by late To start the ball rolling, CLS General Manager Michel Taillade introduces the system of the next millennium.

2 SOMMAIRE Éditorial Michel Taillade, Directeur-général de CLS, Toulouse, France Tribune libre Bouées de surface et système Étienne Charpentier, DBCP, Toulouse, France : le futur d un grand outil face à des enjeux scientifiques majeurs Yvon Le Maho, CNRS-CEPE, Strasbourg, France et GPS David Meldrum, Dunstaffnage Marine Laboratory, Scotland Contribution d à l étude d El Niño Yves du Penhoat, CNES, Toulouse, France Nouvelles d Vers une nouvelle interface utilisateur et des capacités de traitement accrues : le projet Christian Ortega, CLS, Toulouse, France Bidirectionnalité du système : questions fréquemment posées Christian Ortega, CLS, Toulouse, France Meilleure réception des signaux montants de faible puissance Michel Taillade, Directeur-général de CLS, Toulouse, France Actualités constructeurs PopUp Satellite tag : version enregistreur du PTT100 de Microwave Telemetry pour le suivi des poissons Paul Howey, Microwave Telemetry, Columbia, MD, USA Émetteur Smart Position-Only Transmitting (SPOT) Wildlife Computers, Redmond, WA, USA En bref Bill Woodward, responsable scientifique à Service, Inc. Changement d adresse du courrier électronique de CLS à Toulouse Éditorial A rgos s'affirme comme le système mondial pour la mesure et la protection de l'environnement des années Depuis de nombreuses années, le système de collecte et de localisation a développé son activité au service de la science et des applications pour la mesure, la surveillance et la protection de l'environnement de notre planète. À l'aube des années 2000, la croissance des risques qui menacent notre environnement justifie cette activité et renforce le besoin de disposer d'un outil mondial solide, stable, moderne et dont la vocation soit essentiellement dédié à l'environnement. Dans ce sens deux décisions majeures ont été prises pour l'avenir du système. La première, par le CNES, a été de lancer la réalisation de la troisième génération de l'instrument qui sera mise en exploitation à partir de et disposera d'innovations majeures adaptées à son objectif, telle une meilleure sensibilité, une cadence de transmission plus élevée, une capacité de collecte de données accrue La seconde conjointement par le CNES et la NOAA a été d'affirmer la dimension mondiale du système. 2 La France et les États-Unis ont étendu le programme de coopération entre le CNES et la NOAA à des partenaires majeurs que sont le Japon, représenté par la NASDA et l'europe par Eumetsat. L'ensemble du programme prévoit l'installation d' : sur les satellites NOAA L, M, N et N' dans les années 2000 à 2005, sur le satellite ADEOS-II (lancement en 2000) de la NASDA avec une innovation majeure qui est la fonction voie descendante. sur les satellites METOP 1, METOP 2 et METOP 3de l'agence européenne Eumetsat à partir de Ces décisions, par leur cohérence politique et technique, permettent à de disposer, dans les années 2000, des meilleurs atouts pour poursuivre et affirmer son rôle mondial dans l'observation et la surveillance de la terre. Michel Taillade Directeur-général de CLS Toulouse, France NEWSLETTER 54 - AVRIL 1999

3 Editorial Michel Taillade, CLS General Manager, Toulouse, France Users programs Surface buoys and the system Etienne Charpentier, DBCP, Toulouse, France : an ideal tool for tomorrow s important scientific challenges Yvon Le Maho, CNRS-CEPE, Strasbourg, France and GPS David Meldrum, Dunstaffnage Marine Laboratory, Scotland How contributes to studying El Niño Yves du Penhoat, CNES, Toulouse, France news 2001 project: a new user interface and more processing capacity Christian Ortega, CLS, Toulouse, France two-way: Frequently Asked Questions Christian Ortega, CLS, Toulouse, France More messages from low-power transmitters Michel Taillade, CLS General Manager, Toulouse, France Manufacturers news New Archival PopUp PTT Version of the Microwave Telemetry PTT100 for Tracking Fish Paul Howey, Microwave Telemetry, Columbia, MD, USA Smart Position-Only Transmitting (SPOT) Tag Wildlife Computers, Redmond, WA, USA In brief Service, Inc. welcomes Bill Woodward as senior scientist New addresses at CLS in Toulouse CONTENTS Editorial is the global environmental monitoring and protection system of choice for the next century. Over the last 20 years, the data collection and location system has evolved continually to keep pace with the needs of scientific research and applications dedicated to observing, monitoring and protecting planet Earth. As we approach the new millennium, the growing risks to our environment mean that we need more than ever before to provide a global, robust, reliable and modern system dedicated to studying the environment. With this goal in mind, two important decisions have been made regarding the system s future: Firstly, the French space agency CNES has given the go-ahead for development of a third-generation instrument to enter service in This instrument will offer significant enhancements, including better sensitivity, faster data transmission, and increased data collection capacity. Secondly, CNES and NOAA have decided to consolidate the system s global reach by extending their partnership agreement to include two new major NEWSLETTER 54 - APRIL 1999 partners: Japan, represented by its national space agency NASDA, and Europe, represented by Eumetsat. instruments will be flying on: - NOAA-L, M, N and N' over the period from 2000 to 2005; - NASDA s ADEOS-II satellite, scheduled for launch in 2000, which will bring two-way downlink messaging capability; - Eumetsat s METOP 1, 2 and 3 satellites, scheduled for launch starting in These decisions have created the right political and technical basis for to move forward and consolidate its global Earth observation and monitoring mission, into the next century. Michel Taillade CLS General Manager Toulouse, France 3

4 TRIBUNE LIBRE Bouées de surface et système l'institut Scripps que les traceurs lagrangiens barométriques seront prochainement équipés de capteurs sans parties mobiles mesurant la vitesse du vent, appelés systèmes d'observation du vent par le bruit ambiant (WOTAN, Wind Observation Through Ambient Noise). Les premiers tests en laboratoire et les tests préliminaires sur le terrain indiquent une bonne corrélation avec les modèles numériques de prévision météorologique. LA MISSION CONTINUE 4 Dans les régions difficilement accessibles de l'océan, les bouées dérivantes, les bouées ancrées et les bouées sur glace permettent d'obtenir des données météorologiques et océanographiques à un coût modéré. Elles jouent un rôle essentiel dans les réseaux d'observation océaniques pour des programmes tels que la Veille météorologique mondiale (VMM) et le Système mondial d'observation du climat (SMOC). Actuellement, plus de 1500 bouées dérivantes et 80 bouées ancrées (et 800 flotteurs sub-surface), réparties dans le monde entier, envoient des données via. Il importe d'optimiser la collecte et l'utilisation des données, de les intégrer à celles d'autres réseaux, d'assurer un contrôle de qualité et d'améliorer les instruments et les plates-formes. Il faut également encourager la coopération internationale dans le déploiement et l'utilisation des bouées de mesures. Aussi, les utilisateurs ont créé en 1985 le Groupe de Coopération pour la mise en œuvre des programmes de bouées de mesures (DBCP). Il a pour vocation l'amélioration quantitative et qualitative des données océaniques et atmosphériques. En tant qu'analystes, coordinateurs et partenaires engagés dans le développement de nouvelles technologies, nous observons notamment les tendances suivantes dans les programmes de bouées : renforcement de la coopération entre les météorologistes et les océanographes ; plus grande souplesse dans le traitement des données des bouées ; mise en œuvre à l'échelle mondiale et intégration dans les programmes de recherche sur le climat ; meilleure coordination entre les approches in situ et satellitaires (voir encadré page 6). Coopération entre météorologistes et océanographes Pour répondre aux besoins des océanographes (mesures des courants de surface) et des météorologistes (pression de l'air), la Scripps Institution of Oceanography a mis au point un traceur Lagrangien en Celui-ci a été abondamment testé par les instituts météorologiques aux États-Unis, en Australie, en France, au Royaume-Uni, en Afrique du Sud et au Canada. Il s'agit essentiellement d'un traceur standard de type SVP (Surface Velocity Program) équipé d'un baromètre. Jugés suffisamment fiables, des centaines de traceurs ont été déployés à l'occasion des programmes WOCE (World Ocean Circulation Experiment) et TOGA (Tropical Ocean Global Atmosphere). C'est à nouveau grâce aux travaux de pionnier de Le programme mondial de traceurs Lagrangiens (Global Drifter Program) prévoit, en coopération avec des météorologistes, la poursuite du déploiement de bouées SVPB dans le monde entier et la mise au point de nouveaux capteurs, notamment pour mesurer la salinité. [Note de la rédaction : le GDP est, depuis toujours, un utilisateur important et il est récemment passé d'une durée de fonctionnement de 8 heures à 24 heures pour tous les nouveaux déploiements.] Le DBCP comprend différents groupes d'action, dont le GDP. Chacun poursuit un programme d'observation avec des bouées déployées à l'échelle mondiale ou régionale. Leurs objectifs consistent à obtenir des données en temps réel ou s'intègrent dans les programmes OMM (Organisation météorologique mondiale) et COI (Commission océanographique intergouvernementale). Les informations sont transférées via. Dans le cadre du programme international de bouées dans l'atlantique sud (International South Atlantic Buoy Program), l'institut météorologique sud-africain et le Laboratoire océanographique et météorologique de l'atlantique (AOML) déploient conjointement des bouées dérivantes SVPB, partageant ressources et données. Les données de pression atmosphérique en surface permettent de déterminer avec précision le champ de vent, et ce dernier contribue à la correction des courants de surface calculés à partir des trajectoires des bouées et du stress dû au vent. Les océanographes et les météorologistes coopèrent également au sein du groupe TIP (TAO Implementation Panel) de coopération pour la mise en œuvre de TAO (Tropical Atmosphere Ocean Array), qui est un autre groupe d'action du DBCP. TAO a pour objet la mesure des variables océanographiques et météorologiques en surface, nécessaires pour mieux comprendre la variabilité cli- NEWSLETTER 54 - AVRIL 1999

5 USERS PROGRAMS THE MISSION CONTINUES Drifting and moored data buoys and ice floats are now accepted as a costeffective means of obtaining meteorological and oceanographic data from remote ocean areas. They are an essential component of marine observing systems established for such programs as the World Weather Watch and the Global Climate Observing System. Today over 1500 drifting buoys and 80 moored buoys worldwide (and 800 sub-surface floats) transmit via the satellites in the system. The data need to be gathered and used intelligently. How should they be integrated with measurements from other networks? Who will control the quality? How can we improve the instruments and platforms? To answer questions such as these, and promote international cooperation in buoy deployments and the use of data, users set up a Data Buoy Cooperation Panel in Its mission: to increase the quantity and quality of oceanic and atmospheric data. Again thanks to pioneering work at Scripps, Lagrangian barometer drifters will soon be fitted with wind speed sensors carrying no moving parts, called Wind Observation Through Ambient Noise, or WOTANs. The early laboratory and field test results show good correlation with numerical weather prediction models. Surface buoys and the system program for real-time or research purposes in support of WMO (World Meteorological Organization) and IOC (Intergovernmental Oceanographic Commission) programs. These programs all use the system to pursue global or regional goals. As part of the International South Atlantic Buoy Program, the South African Weather Bureau COURTESY OF SAWB As analysts, coordinators and partners for developing new technologies, we are wellplaced to observe the trends in buoy programs. They include: increasing cooperation between meteorologists and oceanographers, more flexible buoy data processing, global implementation and integration in climate research programs, increasing cooperation between in situ and satellite-based methods. Meteorologists and oceanographers working together To meet the requirement of both oceanographers (sea surface current measurements) and meteorologists (operational air pressure), Scripps Institution of Oceanography designed a Lagrangian drifter in It has been extensively tested by weather bureaus in the USA, Australia, France, the UK, South Africa and Canada. The buoy, basically a standard Surface Velocity Program drifter fitted with a barometer port (SVPB), was reliable enough for hundreds of units to be deployed during the World Ocean Circulation Experiment (WOCE) and Tropical Ocean Global Atmosphere (TOGA) programs. NEWSLETTER 54 - APRIL 1999 Récupération d un traceur lagrangien avec baromètre dans l Atlantique Sud Recovering an SVPB drifter in the South Atlantic The Global Drifter Program, in cooperation with meteorologists, plans to continue deploying SVPB drifters worldwide, and to develop new sensors, for example to measure salinity. [Editor s note: the GDP has always been a major user, and recently switched from 1/3-day to full-day operation for all new deployments.] The GDP is one of several DBCP action groups, each maintaining an observational buoy and NOAA s Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory are jointly deploying SVPB drifters, sharing both resources and data. The surface atmospheric pressure data accurately yield the wind field, which in turn helps to correct computed surface velocity according to wind stress. Oceanographers and meteorologists are also cooperating on the Tropical Atmosphere Ocean Array (TAO) Implementation Panel 5

6 TRIBUNE LIBRE 6 L observation in situ, maillon essentiel des futurs systèmes d observation des océans Àla veille de la mise en place d un système d observation global des océans destiné à alimenter en données les futurs centres de prévision océanique et climatique, il convient de se poser des questions essentielles sur les meilleures stratégie et cohérence d ensemble à adopter. Les choix portent en particulier sur les techniques de mesure, les moyens de collecte, de traitement et d accès aux données, les échantillonnages appropriés propres à satisfaire les besoins exprimés. Si le satellite a démontré ces dernières années sa capacité à offrir une vision homogène, globale et précise de la surface des océans (TOPEX/POSEIDON en est un exemple majeur), il n en demeure pas moins que des réseaux in situ sont indispensables pour valider les mesures faites depuis l espace, et apporter des informations complémentaires, en particulier sur la structure verticale des océans. Comme le montrent les quelques exemples présentés dans cette revue, les nouvelles plates-formes d observation in situ ont maintenant atteint des niveaux de performances et de fiabilité compatibles avec les objectifs affichés. Elles ont acquis un pouvoir d autonomie important grâce en particulier au système de transmission de données et de positionnement par satellite. S appuyant sur ces nouveaux outils, les projets de déploiement de «profileurs» dérivants et verticaux, ARGO sur le plan international et CORIOLIS sa composante européenne, visent à fournir le maillon in-situ nécessaire à la réalisation de programmes précurseurs comme GODAE (Global Ocean Data Assimilation Experiment). L océanographie opérationnelle prendra alors son véritable essor, grâce à l apport de modèles numériques performants intégrant de manière optimum mesures satellite et in situ. Yves Menard CNES, Toulouse, France, matique saisonnière et inter-annuelle. TAO étant centré sur l'étude du Pacifique et des événements liés à El Niño, le réseau TRI- TON (Triangle Trans-Ocean Buoy Network) va renforcer le réseau TAO dans les régions équatoriales occidentale et orientale de l'océan Pacifique et dans l'océan Indien. Les bouées mesureront des paramètres tels que le vent, l'humidité, les rayonnements de courte longueur d'onde, la température de l'eau jusqu'à 750 mètres et la salinité, paramètres utilisables dans des modèles climatiques et pour les prévisions météorologiques quotidiennes. Ces données permettront également d'améliorer les performances des modèles numériques, notamment pour la prévision des typhons. Par ailleurs, TAO sera étendu à l'atlantique avec le programme pilote PIRATA (Pilot Research Moored Array in the Tropical Atlantic), qui se propose de mettre en place un réseau de bouées ancrées dans la région tropicale de l'atlantique. Douze bouées ATLAS nouvelle génération seront déployées afin de décrire et de mieux comprendre l'évolution de la température de surface, la structure thermique superficielle et les transferts entre l'océan et l'atmosphère dans l'atlantique tropical. Une plus grande souplesse dans le traitement des données Le Système mondial de télécommunications (SMT) et le système mondial de traitement des données de la VMM constituent la pierre angulaire du système de gestion de l'information pour la météorologie opérationnelle. Le SMT est un réseau destiné à l'échange rapide et à la distribution de données d'observation et d'informations traitées. Sa finalité principale est d'assurer l'acheminement des observations, quelques heures après l'obtention des mesures, à tous les services météorologiques nationaux. Elles peuvent ainsi être utilisées pour les prévisions régionales ou mondiales, toutes les 24 heures ou toutes les 12 heures. CLS, opérateur d', a mis au point une chaîne de traitements souple capable de prendre en compte pratiquement tout type de format de message, en convertissant les données binaires en unités géophysiques, en effectuant des contrôles de qualité automatiques, en codant les données au format OMM standard, et en distribuant les données sur le SMT. La chaîne évolue constamment pour répondre aux besoins des utilisateurs. Le calcul de la salinité de l'eau à partir de la conductivité et de la température, disponible depuis 1998, illustre les améliorations apportées. Dans le projet 2001 [voir article page 14], la chaîne de traitement SMT sera intégrée dans la chaîne standard, afin que les personnes n'utilisant pas puissent également tirer parti de ces traitements de données performants. Vers une mise en œuvre à l'échelle mondiale et l'intégration dans des programmes de recherche Pour apporter une réponse efficace, à un coût modéré, aux besoins des scientifiques étudiant le sol, la mer et l'atmosphère, les utilisateurs et les organismes tentent actuellement d'harmoniser leurs efforts. Le plan stratégique intégré qui vient d'être mis en place pour les systèmes mondiaux d'observation, GOOS (océans), GTOS (milieux terrestres) et GCOS (climat), illustre parfaitement cette tendance. Parallèlement, le CEOS (Committee on Earth Observation Satellites) a élaboré une stratégie d'observation mondiale intégrée, en tant que structure de base pour l'utilisation de données fournies par les principaux systèmes satellitaires et les approches in situ d'observation globale de la terre. Une autre initiative est la création du Centre d'information des systèmes d'observation mondiaux (Global Observing System Information Centre) où GOOS, GTOS et GCOS doivent adopter un système commun de données et favoriser la mise au point de nouveaux capteurs tels que des capteurs de flux de chaleur pour les études sur le climat. Nos plans seront intégrés dans les plans de mise en œuvre de GOOS et GCOS, qui sont actuellement finalisés. Etienne Charpentier DBCP, Toulouse, France NEWSLETTER 54 - AVRIL 1999

7 USERS PROGRAMS (TIP), another DBCP action group. TAO is measuring the oceanographic and surface meteorological variables needed to study seasonal to inter-annual climate variability. As the main focus is on the Pacific and El Niño related events, the array is now being strengthened in the western and eastern equatorial Pacific and the Indian Ocean, through the Triangle Trans-Ocean Buoy Network (TRI- TON). Buoys will measure such parameters as wind, humidity, short-wave radiation, water temperature down to 750 meters, and salinity, for use in climate models and daily weather forecasting. The data will also help to increase the skill of numerical models such as Typhoon occurrence prediction. TAO is also being extended into the Atlantic, through the Pilot Research Moored Array in the Tropical Atlantic (PIRATA) program. Twelve next-generation ATLAS buoys will be deployed to describe and help understand sea-surface temperature, the upper ocean thermal structure and air-sea interactions in the tropical Atlantic. More flexible data processing In situ observation: a key component of tomorrow s ocean observing systems Aglobal ocean observing system designed to supply data for future ocean and climate prediction centers will soon be in place. At this point in time, we should therefore be asking ourselves some basic questions concerning the overall strategic approach we need to adopt. This process must focus on identifying and developing the measurement techniques, data collection, processing and retrieval systems, and sampling strategies best able to meet users needs. In recent years, satellites such as TOPEX/POSEIDON have brought us a uniform and accurate picture of the ocean sur face on a global scale. Nonetheless, in situ observation networks still have a vital role to play in validating satellite-based measurements and providing complementary data, for example on the vertical structure of the oceans. As the case studies in this show, today s in situ observation platforms have attained a level of performance and reliability to match the goals set by the scientific community. They also offer increased capability for unattended operation thanks in particular to the satellite-based data collection and location system. The international ARGO project and its European component CORIOLIS are relying on these new tools to deploy drifting and vertical profilers. These projects aim to provide the missing in situ link required to complete pioneering programs such as the Global Ocean Data Assimilation Experiment (GODAE). With this link in place, operational oceanography based on sophisticated numerical models integrating both satellite and in situ observation data will become a reality. Yves Menard CNES, Toulouse, France, The Global Telecommunication System (GTS) and the World Weather Watch s Global Data Processing System provide the core of the information management system for operational meteorology. The GTS is a network for the rapid exchange and distribution of observational data and processed information. Its main purpose: to ensure that observations are provided within a few hours of measurement to all national meteorological services for input to daily or twice-daily regional or global forecasts. operator CLS has developed a flexible system capable of processing almost any kind of message format, converting the data into geophysical units, operating automatic quality control checks, encoding the data in regulatory WMO codes, and distributing the data on the GTS. The system constantly evolves to meet users needs, a typical enhancement being the calculation of water salinity from conductivity and temperature, since Under the 2001 project [Editor s note: also see article on page 15], the GTS sub-system will be integrated into standard processing so that non-gts users can also take advantage of high-level data processing. NEWSLETTER 54 - APRIL 1999 Toward global implementation and integration in research programs To provide cost-effective, efficient responses to the need for land, sea and air observations, users and bodies are now harmonizing their efforts. As part of this trend, the global observing systems (GOOS for the ocean, GTOS for the terrestrial, GCOS for the climate) have agreed to an Integrated Strategic Plan for the Global Observing Systems. In parallel, the Committee on Earth Observation Satellites (CEOS) has developed an Integrated Global Observing Strategy (IGOS) as a framework for using data from the major space-based and in-situ systems for global observations of the Earth. Another initiative is the Global Observing Systems Information Centre, in which GOOS, GTOS and GCOS are to adopt a common data and information system. (See GOOS News, December 1998, goos/goos6.pdf). At the buoy level, the DBCP implementation plan is identifying ways in which the DBCP and its action groups can contribute to global implementation, for example by: compiling a detailed climatology of drifter tracks for forecasting network dispersion and re-seeding requirements, monitoring data flow on the GTS, so that problems relating to the delivery of buoy data to end users may be quickly identified and resolved, helping individual buoy operators benefit from economies of scale, by negotiating prices with buoy manufacturers and communications service providers, promoting cooperation between meteorologists and oceanographers, as discussed earlier in this article, promoting development of new sensors such as heat flux sensors for global climate studies. Our plan will be included in the GOOS and GCOS implementation plans, now being finalized. Etienne Charpentier DBCP, Toulouse, France 7

8 TRIBUNE LIBRE : le futur d un grand outil face à des enjeux scientifiques majeurs LA MISSION CONTINUE 8 L une des premières priorités internationales dans les Sciences de la Vie est de préserver la biodiversité. Les menaces que font peser les activités humaines sur celle-ci sont en effet d ores et déjà considérables en raison de la réduction continuelle des espaces naturels. Leur diminution n affecte d ailleurs pas seulement la biodiversité, elle compromet aussi l avenir des ressources renouvelables pour les populations humaines. Dans les océans, les ressources marines sont également compromises par leur surexploitation. Qui plus est, l extension des zones de pêche qui en résulte concerne de plus en plus une faune dont les caractéristiques démographiques et donc les conditions de renouvellement sont encore mal connues. À ces graves menaces s ajoute enfin l impact potentiel des changements climatiques associés à l effet de serre. Pour ce qui concerne les animaux dans leur milieu naturel, certaines parmi les espèces menacées ont une grande importance alimentaire pour les populations humaines. La préservation de ces espèces et de leurs populations implique nécessairement une meilleure connaissance de leur biologie et de leur capacité d adaptation aux changements affectant leurs milieux. Des travaux de laboratoire ont permis d obtenir certaines informations sur les conditions environnementales les plus favorables à certaines espèces. On ne peut cependant reproduire en laboratoire que quelques-unes des contraintes naturelles auxquelles l animal doit faire face. Acquérir des informations sur l animal libre dans son milieu restait généralement du domaine du rêve. En particulier, l étude des déplacements de la plupart des espèces animales ne pouvait guère être abordée que par la pose de marques ou de bagues. Ces méthodes se sont révélées très précieuses pour reconstituer les grands axes de déplacement de populations animales, mais permettent rarement de reconstituer des déplacements individuels. La construction d émetteurs suffisamment petits pour en équiper des animaux et ainsi permettre leur localisation grâce au système constitue par conséquent une étape très importante. L une des premières conséquences pour nos connaissances a été la révélation que de nombreuses espèces animales se déplacent sur des distances bien supérieures à celles que l on imaginait. Les travaux réalisés sur les oiseaux et mammifères marins de l océan austral illustrent particulièrement ce qu a apporté (voir encadré ci-contre) et les perspectives qu offre cet outil scientifique pour les années à venir. Qui plus est, la combinaison de l utilisation d émetteurs avec des systèmes d acquisition de données miniaturisés permet d aborder des objectifs allant au-delà des connaissances sur le comportement des animaux dans leurs milieux naturels et sur la protection des espèces menacées. En effet, de nouvelles perspectives apparaissent où les animaux vont devenir de précieux auxiliaires pour l investigation de milieux difficilement accessibles à l homme (voir encadré page 10) ou pour l obtention d information sur les modifications de l environnement. Si l on en juge d après la rapidité des progrès actuels en micro-électronique, micromécanique et micro-informatique, nous sommes seulement à l aube d une nouvelle discipline basée sur l équipement d animaux libres dans leur milieu naturel avec des émetteurs ou des systèmes d acquisition de données miniaturisés. Comme l illustrent les exemples évoqués ici à partir des recherches menées sur les oiseaux et les Suite page 10 Jouventin et Weimerskirch ont pu montrer que le grand albatros, lors de ses voyages alimentaires, peut s éloigner considérablement des îles subantarctiques où il se reproduit dans les 40 et 50 Sud. Il atteint notamment les côtes du continent antarctique. Un grand albatros peut alors couvrir une distance totale de 3600 à km pour s alimenter, avec une distance journalière parcourue de l ordre de 900 km (Jouventin et Weimerskirch, 1990). De même, les albatros fuligineux à dos clair peuvent couvrir une distance de 6000 à 7000 km pour leur prospection alimentaire en mer (Weimerskirch et Robertson, 1994). Les grands voyages ne sont pas réservés aux oiseaux planeurs, puisque a permis de mettre en évidence que les manchots royaux vont s alimenter à km de leur colonie de reproduction (Jouventin et al., 1994; Bost et al., 1997; Guinet et al., 1997). De même, a permis de montrer que les éléphants de mer se déplacent sur plusieurs milliers de km entre la Géorgie du Sud et la Péninsule Antarctique pour s alimenter dans des zones où les proies sont probablement plus abondantes et aisées à capturer (McConnell et al., 1992). Outre les progrès considérables qui en résultent dans nos connaissances sur la stratégie alimentaire des animaux, le suivi de leurs déplacements grâce à se révèle d un grand intérêt du point de vue de la conservation d espèces menacées. Ainsi, la localisation des zones alimentaires des grands albatros a permis d expliquer l inquiétante diminution des effectifs de cet espèce, et en particulier des femelles. Leurs localisations ont montré notamment que les femelles vont s alimenter durant l hiver plus au Nord que les mâles, dans des eaux où les pêcheries industrielles de thon sont développées et où les albatros meurent noyés en s accrochant aux hameçons (Croxall, 1991; Weimerskirch et al., 1997). 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9 USERS PROGRAMS THE MISSION CONTINUES Preserving biodiversity is a leading priority of the life sciences worldwide. Biodiversity is already under severe threat from human activities that continue to degrade the world s remaining natural environments. Habitat loss not only impacts biodiversity but is also increasing pressure on renewable resources for future generations. Marine resources are also being depleted by overfishing. What is more, fishing fleets trawling ever larger fishing zones across the world s oceans are affecting more and more species whose numbers are still uncertain and whose reproductive needs are still poorly understood. And these serious threats are compounded by the potential impact of climate change caused by greenhouse gases. Some of the wildlife species in danger of extinction are a vital source of food for human populations. To preserve them we need to find out more about their biology and their capacity to adapt to changes affecting their habitat. Laboratory research has enabled us to gain a clearer understanding of what kinds of : an ideal tool for tomorrow s important scientific challenges environmental conditions favor certain species. But there is a limit to what we can do in the laboratory to reproduce the constraints an animal has to contend with in the wild. For many years acquiring data on a freeranging animal in its natural environment seemed like a far-off dream. Indeed, marking and tagging were the only methods available to study wildlife movements. These methods have been a major aid in establishing the movements of large animal populations, but they are rarely able to keep track of a single animal. The advent of transmitters small enough to be fitted to animals was therefore a major step forward. One of the first things to emerge from tracking animals with was that we had considerably underestimated the distances traveled by many species. The holes in pack ice called polynya that form in the Antarctic in winter are of great interest to glaciologists, physical oceanographers, and biologists. However, they are almost impossible to reach in winter by sea or by air. The only solution up to now, other than sending an ice breaker, had been to use unmanned rovers to study polynya when they appeared. While this method should not be excluded, a cheaper way of obtaining valuable oceanographic data would be to fit miniaturized data collection systems to animals foraging in polynya, particularly since these animals can be reached from Antarctic winter bases. Emperor penguins offer such an opportunity (Ancel et al., 1992; Kirkwood and Robertson, 1997). Jouventin and Weimerskirch were able to show that the wandering albatross flies a long way from its breeding grounds in the subantarctic islands to feed, even reaching the coasts of Antarctica. A wandering albatross can fly a total of 3600 to km to feed, covering about 900 km in a day (Jouventin and Weimerskirch, 1990). Similarly, light-mantled sooty albatross cover 6000 to 7000 km when feeding at sea (Weimerskirch and Robertson, 1994). And large gliding seabirds are not the only ones to undertake such long voyages, since has shown that emperor penguins feed between 400 and NEWSLETTER 54 - APRIL km from their colonies (Jouventin et al., 1994; Bost et al., 1997; Guinet et al., 1997). has also revealed that elephant seals swim several thousand km from South Georgia to the Antarctic Peninsula to feed where their prey is probably more plentiful and easier to catch (McConnell et al., 1992). has already brought significant advances in our knowledge of animals feeding habits. Now, its ability to track their movements is proving highly valuable in protecting endangered species. For example, precisely locating foraging areas of the wandering albatross has explained this species worrying decline, in particular that of breeding females. Tracking females with has shown that they feed further north than males during the winter, in waters with large industrial tuna fisheries. As a result, many get hooked by fishing vessels long lines, and drown (Croxall, 1991; Weimerskirch et al., 1997). In the same way, king penguins already tracked at sea by can be fitted with sensors to measure sea temperatures at different depths where they catch their prey, and even to obtain information about their food intake (Bost et al., 1993). This allows us to study how ocean climate change affects availability of marine resources. Another illustration of how seabirds can be used as resource indicators is given by studies on the black-browed albatross (Cherel and Weimerskirch, 1995). Research on birds and marine mammals in the Southern Ocean (see box, left) is a perfect example of what we have already achieved and the future prospects for as a scientific tool in the years ahead. The combined use of transmitters and miniaturized data collection systems is opening up new opportunities that go well beyond the study of animal behavior and protection of endangered species. In the years ahead, animals will become a precious ally for 9

10 TRIBUNE LIBRE 65 S 66 CHARLES BOST Les polynies hivernales antarctiques (qui correspondent à de larges ouvertures dans la glace de mer) présentent un grand intérêt en glaciologie comme en océanographie physique et biologique. Elles constituent cependant des zones quasi-inaccessibles du fait de l absence de moyens maritimes et aériens durant la saison hivernale. La seule possibilité pour étudier ces polynies qui apparaissait, outre l envoi exceptionnel de brise-glace, était l utilisation de véhicules télécommandés. Sans exclure cette possibilité, un moyen Polynia Dumont d'urville 4 ADELIE LAND 2 3 FAST SEA-ICE 25 km LIGHT PACK-ICE 25 km 67 S 139 E E 1 Polynia moins onéreux et permettant déjà d acquérir de précieuses informations océaniques serait l équipement avec des systèmes d acquisition de données miniaturisés d animaux allant se nourrir dans des polynies et par ailleurs accessibles à partir de bases antarctiques hivernales. Les manchots empereurs offrent cette opportunité (Ancel et al., 1992; Kirkwood et Robertson, 1997). De même, des manchots royaux dont les déplacements en mer sont suivis par peuvent être équipés de systèmes d acquisition de données munis de capteurs permettant de connaître les températures aux différentes profondeurs où ils capturent leurs proies et même leurs prises alimentaires (Bost et al., 1993). Il devient ainsi possible d étudier les conséquences des changements climatiques océaniques sur la localisation des ressources marines. Une autre illustration de l intérêt qu apportent les oiseaux marins pour la détection de ces ressources est apportée par des travaux sur l albatros à sourcils noirs (Cherel et Weimerskirch, 1995). Suite de la page 8 mammifères de l océan austral, les animaux vont par conséquent constituer de précieux auxiliaires pour répondre aux questions en rapport avec les grands enjeux que constituent les conséquences des activités humaines pour l environnement. Dans ce contexte, représente un outil scientifique majeur. 10 Yvon Le Maho CNRS-CEPE, Strasbourg, France Références / References Ancel A., Kooyman G.L., Ponganis P.J., Gendner J.-P., Lignon J., Mestre X., Huin N., Thorson P.H., Robisson P. & Le Maho Y. (1992). Foraging behaviour of emperor penguins as a resource detector in winter and summer. Nature 360: Bost C.A. & Le Maho Y. (1993). Seabirds as bio-indicators of changing marine ecosystems: new perspectives, in Acta Oecologia 14, Bost C.A., Georges J.Y., Guinet C., Cherel Y., Pütz K, Charrassin J.-B., Handrich Y., Zorn T., Lage J. & Le Maho Y. (1997). Foraging habitat and food intake of satellite-tracked king penguins during austral summer at Crozet Archipelago. Mar. Ecol. prog. Ser. 150: Cherel Y. & Weimerskirch H. (1995). Seabirds as indicators of marine resources: black-browed albatrosses feeding on ommastrephid squids in Kerguelen waters. Mar. Ecol. prog. Ser. 129: Croxall J.P. (1991) Constraints on reproduction in albatrosses, in Acta XX Congressus Internationalis Ornithologici, Christchurch, New Zealand, 2-9 December Bell B.D., Cossee, R.O., Flux J.E.C., Heather B.D., Hitchmough R.A., Robertson C.J.R. & Williams M.J. eds., New Zealand Ornithological Congress Trust Board, vol. 1, p Guinet C., Koudil M., Bost C.A., Durbec J.P., Georges J.Y., Mouchot M.C. & Jouventin P. (1997). Foraging behavior of satellite-tracked king penguins in relation to sea-surface temperature obtained by satellite telemetry at Crozet Archipelago: a study during three austral summers. Mar. Ecol. Prog. Ser. 150: Jouventin P. & Weimerskirch H. (1990). Satellite tracking of wandering albatrosses. Nature 343: Jouventin P., Capdeville D., Cuenot-Chaillet F. & Boiteau C. (1994). Exploitation of pelagic resources by a non-flying seabird: satellite tracking of the king penguin throughout the breeding cycle. Mar. Ecol. prog. Ser. 106: Kirkwood R. & Robertson G. (1997). The foraging ecology of female emperor penguins in winter. Ecol. Monogr. 67: McConnell B.J., Chambers C. & Fedak M.A. (1992). Foraging ecology of southern elephant seals in relation to the bathymetry and productivity of the Southern Ocean. Antarct. Sci. 4: Weimerskirch H. & Robertson G. (1994). Satellite tracking of light-mantled sooty albatrosses. Polar Biol. 14: Weimerskirch H., Brothers N. & Jouventin P. (1997). Population dynamic of wandering albatross Diemedea exulans and Amsterdam albatross D. amsterdamensis in the Indian ocean and their relationships with long-line fisheries: conservation implications. Biol. Conserv. 79: NEWSLETTER 54 - AVRIL 1999

11 USERS PROGRAMS investigating inhospitable regions of the globe (see box, right, page 9) or obtaining data on environmental change. Current advances in microelectronic and micromechanical components and microprocessors suggest that we will soon see the emergence of a whole new research discipline based on outfitting animals in the wild with lightweight transmitters and miniaturized data collection systems. As the research mentioned here on seabirds and mammals in the Southern Ocean has shown, animals will be of vital assistance in assessing the impact of human activities on our environment. too will be an essential scientific tool supporting these efforts. Yvon Le Maho CNRS-CEPE, Strasbourg, France THE MISSION CONTINUES GPS opens up exciting new possibilities for users who need extra detail in both space and time. Typically, a combined GPS- system will report location accuracies of better than 100m compared to the km-scale capability of on its own. With a little care in the design of the combined system, a continuous history of GPS locations at intervals as short as 10 minutes may be reliably transmitted over, compared with typical fix intervals of 100 minutes or more. These order of magnitude improvements will not be useful to everyone, but are indispensable for fine-scale studies of sea-ice dynamics, ocean circulation and animal movements, and for applications requiring accurate velocities. Even greater accuracies are possible by post-processing the GPS data to remove errors inherent in the civilian GPS signal. Moreover, the GPS equipped platform knows both its position and time. This key information can be used to predict overpasses and schedule data upload, or to control the activity of the platform in novel ways. GPS, possibly supported by the planned two-way messaging service, will become the core of the platform of the future, capable of adapting its behaviour according to its environment. Latitude and GPS 500 m Longitude 20 GPS Figure 1 : Tracé partiel d un suivi de bouée dérivante équipée d'un récepteur GPS à l ouest de l Écosse. L enregistrement GPS se compose d une série quasi continue de positionnements à 20 minutes d'intervalle. Il permet de déceler des caractéristiques des courants qui ne sont pas aussi nettes sur l enregistrement. Figure 1: Part of the track of a GPS-equipped drifter to the west of Scotland. The GPS record consists of a more or less continuous series of fixes at 20 minute intervals, and clearly shows eatures of the circulation which are not evident in the record m David Meldrum Dunstaffnage Marine Laboratory Oban, Scotland Latitude GPS DGPS (Differential GPS) Longitude NEWSLETTER 54 - APRIL 1999 Figure 2 : Agrandissement partiel du suivi présenté à la figure 1. Les données GPS ont subi un post-traitement afin de supprimer la plupart des erreurs inhérentes au signal GPS civil. Les erreurs résiduelles sont probablement de l'ordre de 10 m. Figure 2: An enlarged section of the trackshown in figure 1. The GPS data have been postprocessed to remove most of the errors inherent in the civilian GPS signal. The residual errors are probably of the order of 10m. 11

12 TRIBUNE LIBRE LA MISSION CONTINUE Le GPS (Global Positioning System) ouvre de nouvelles perspectives aux utilisateurs qui doivent pouvoir disposer d'outils garantissant une plus grande précision spatio-temporelle. En effet, la combinaison des systèmes GPS et permet généralement de localiser une plate-forme dans un rayon inférieur à 100 mètres, alors que la précision atteinte par le système seul est de l ordre du kilomètre (voir figure 1 page 11). L'utilisation conjointe des deux systèmes garantit la transmission fiable, via, d'historiques de localisations GPS et GPS relevées toutes les dix minutes. Utilisé seul, le système n'autorise que des intervalles de cent minutes, voire plus. Tous les utilisateurs ne recherchent pas des instruments aussi performants. Cependant, ils se révèlent indispensables lorsqu'il s'agit d'étudier avec précision la dynamique de la banquise, les courants océaniques et les déplacements des animaux, ou lorsqu'il est nécessaire de déterminer des vitesses avec précision. Cette précision peut encore être améliorée par un post-traitement des localisations, consistant à éliminer les erreurs propres au signal GPS civil (voir figure 2 page 11). L'équipement GPS fournit à la plate-forme des informations sur sa position spatiale et temporelle, lui permettant notamment de prévoir les passages des satellites et d'établir un calendrier d'émission des données vers ceux-ci. En outre, il est possible d'ajouter de nouvelles fonctionnalités permettant de mieux gérer l activité de la plate-forme. Le GPS, éventuellement complété par l'échange bidirectionnel de données qu'offrira bientôt le système, constituera un élément clé des platesformes du futur, qui seront capables de moduler leur fonctionnement en fonction de leur environnement. David Meldrum Dunstaffnage Marine Laboratory Oban, Scotland LA MISSION CONTINUE 12 Le phénomène El Niño dans le Pacifique tropical a été l événement le plus fort observé depuis les cinquante dernières années. C est aussi celui qui a été le mieux observé grâce à la mise en place depuis une dizaine d années d un réseau d observations systématiques, ainsi que la décision de programmes spatiaux d observation des océans (missions TOPEX/POSEIDON et ERS). La plupart des données du réseau d observation in situ sont transmises par le système. Elles permettent une surveillance continuelle et en temps quasi-réel des conditions météo océaniques. Ces données proviennent de trois sources principales. 1/ Des navires marchands. Plusieurs navires de commerce sont équipées de sondes (XBT) que les officiers du bord lancent environ toutes les six heures afin de mesurer la structure thermique de l'océan entre la surface et 800 mètres de profondeur. Les données sont acquises sur un ordinateur portable à bord du navire et sont ensuite transmises par puis sur le Service Mondial de Télécommunications. Contribution d à l étude d El Niño 2/ De nombreuses bouées dérivantes de surface sont déployées dans le Pacifique à partir des navires de commerce ou de recherche. Elles mesurent les courants et températures de surface le long de leur déplacement. Le positionnement de ces bouées est effectué par. 3/ Des mouillages météo-océaniques ancrés sur le fond de l'océan (mouillages TAO) mesurent tous les paramètres météorologiques à la surface de la mer (température de l'air, humidité, vent) et la température dans les premiers niveaux de l'océan (jusqu'à 400 mètres). Certains sites sont aussi équipés de courantomètres et de capteurs de salinités. Grâce au système, toutes les données de ce sytème d'observations sont très rapidement disponibles à la communauté scientifique. Ainsi, le phénomène El Niño a été l événement le mieux observé en temps quasi réel, notamment l'anomalie de la structure thermique de l'océan dès le mois de décembre 1996 dans le centre du bassin, les anomalies du niveau de la mer à partir de mars 1997 et les anomalies de température en subsurface avant l apparition d anomalies de température de surface caractéristiques d un événement chaud. Ces observations servent bien sûr aux chercheurs pour explorer de nouvelles pistes pour la compréhension des mécanismes mis en jeu pendant El Niño. Elles servent aussi à améliorer les modèles numériques de prévision du phénomène, notamment par l'initialisation et l assimilation de ces observations dans les modèles. Les modèles de prévisions ont progressé et l'utilisation des observations plus nombreuses et plus précises ont permis à ces modèles de fournir des prévisions fiables à six mois à l'avance. Si on ne peut éviter les caprices climatiques d El Niño, les recherches sur sa prévision et sur ses impacts doivent permettre de prévenir et ainsi d atténuer ses effets néfastes. Un tel système d alerte est utile pour la sylviculture et l agriculture (exemple : le développement de cultures agricoles plus résistantes), la pêche hauturière et l aquaculture (suivi de la migration des espèces) et la protection des populations contre les fléaux naturels. Yves du Penhoat CNES, Toulouse, France NEWSLETTER 54 - AVRIL 1999

13 USERS PROGRAMS THE MISSION CONTINUES The El Niño in the tropical Pacific was the strongest seen in 50 years. It was also the most closely monitored by the observation networks that have been operating for the past ten years, and by the TOPEX/POSEIDON and ERS ocean observing satellites. The system transmits most of the data acquired by the in situ observation network. These data, which enable continuous monitoring of weather and ocean conditions in near-real time, come from three main sources: 1/ Volunteer observing ships (VOSs). A number of merchant ships carry expendable bathythermographs (XBTs) that are thrown into the sea every six hours or so to measure the ocean s thermal structure from the surface down to a depth of 800 meters. Data are acquired on a laptop computer aboard ship and transmitted via and then via the Global Telecommunication System (GTS). 2/ Drifting buoys. Many buoys are released in the Pacific from merchant ships and research vessels. These buoys measure surface currents and temperatures. They are located by. 3/ Moored buoys. NOAA s TAO network of moored buoys measures all meteorological parameters at the sea surface (air temperature, relative humidity, wind) as well as temperature in the upper layers of the ocean (down to 400 meters). Some buoys are fitted with current meters and salinometers. The system gets all these observation data to the scientific community very quickly. For example, the El Niño was the most closely monitored warm event to date, providing researchers with nearreal-time data on mid-basin ocean heat content anomalies as early as December 1996, on sea level anomalies from March 1997, and on subsurface temperature anomalies preceding the surface anomalies that characterize a warm event. Such data are clearly helping researchers to gain a better understanding of the mechanisms at work during an El Niño. The observation data are also being used for initialization and assimilation to improve numerical prediction models, which can now provide reliable predictions up to six months ahead as a result of more frequent and more accurate observations. While we cannot avoid the worst NEWSLETTER 54 - APRIL 1999 How contributes to studying El Niño Figure 1 : Évolution de la profondeur de la thermocline (c'est-à-dire la profondeur de l'isotherme de 20 C) en fonction du temps et de la latitude dans la région tropicale du Pacifique occidental. Les mesures ont été obtenues au moyen de sondes XBT larguées entre le Japon et les îles Fidji, dans le cadre d'un programme international de bateaux volontaires qui a démarré en Ces mesures sont à présent transmises en temps réel de façon opérationnelle. La figure est centrée sur la bande équatoriale. La signature caractéristique du phénomène ENSO sur la structure thermique verticale se signale par une nette remontée de mètres de la thermocline durant les épisodes El Niño de , 1987, et 1997 et une descente de la thermocline durant les événements La Niña de et Dans cette région, un déplacement vertical de 20 mètres de la thermocline correspond à un changement de dix centimètres du niveau de la mer (données non publiées). Figure 1: Latitude-time evolution of thermocline depth (20 C isotherm) in the western tropical Pacific. The measurements were obtained from XBT casts dropped along the Japan-Fiji line, as part of an international ship-of-opportunity program initiated in Real-time transmission of these measurements is operational. Still focussing in the equatorial band, the figure portrays the ENSO signature on the vertical thermal structure, with a clear m rise of the thermocline during the , 1987, and 1997 El Niños, and a deepening of the thermocline during the and 1996 La Niña events. In this region, a 20 m vertical movement of the thermocline corresponds to a 10 cm change in sea level. (Unpublished data). climatic effects of an El Niño, we can mitigate its impact through research designed to help us predict such events. This kind of capability will allow us to develop earlywarning systems of great value for forestry and farming (e.g., by developing increased crop resistance), deep-sea fisheries and aquaculture (monitoring of fish migration), and for protecting populations against natural disasters. Yves du Penhoat CNES, Toulouse, France 13

14 NOUVELLES D LA MISSION CONTINUE Vers une nouvelle interface utilisateur et des capacités de traitement accrues : le projet 2001 Qu y a-t-il de commun entre le suivi d une cigogne noire, les données d une station météorologique en Antarctique, une bouée dérivant dans le Pacifique et un ours polaire pêchant sur la banquise? Le pari que fait de vous offrir à partir de l an 2000 une nouvelle chaîne de traitement et de distribution de données adaptée aux besoins spécifiques de chacune de ces applications. Nous avons entrepris voici un an une refonte complète des chaînes de traitement et de nées environnementales, basée sur la technologie internet. Deux raisons majeures motivent le développement d un tel projet. Notre volonté d apporter une réponse complète englobant l ensemble des demandes formulées par nos utilisateurs. Vos premières priorités portent d une part sur l ouverture du système, à savoir la possibilité d accéder et de modifier en ligne le traitement de vos balises, les caractéristiques des programmes et des moyens d accès aux données, et d autre part sur l amélioration de l interface d accès aux résultats. les moyens de validation, de partage et de dissémination des résultats aux différents participants. Elles visent également à l amélioration des performances de localisation en augmentant le nombre et la qualité des localisations Doppler, et à la mise à disposition de traitements de données adaptés par application ; par exemple, les exigences d un biologiste étudiant la migration des pétrels diffèrent significativement de celles d un océanographe responsable d un réseau de bouées dérivantes. La mise en œuvre des nouvelles fonctions développées sur les prochains équipements embarqués. Il s agit à court terme de développer les logiciels de pilotage et l interface utilisateur de la «voie descendante» qui doit être opérationnelle en l an 2000 avec le lancement d ADEOS-2. À moyen terme, les développements prendront en compte les spécificités de l équipement -3 et notamment la gestion du canal haut débit de collecte de données. Figure 1 : Une fiche de saisie de ce type vous permettra d effectuer simplement des demandes de nouvelles plates-formes à travers Internet Figure 1: You will use forms of this type to request new ID numbers via the web gestion des données implantées dans nos centres de calcul. Elle comprend notamment la mise en place, dès l an 2000, d une nouvelle interface utilisateurs, conviviale et bien adaptée à la manipulation des don- 14 Pour ce qui concerne les exigences futures, il s agit principalement de faciliter la gestion de grands nombres de plates-formes appartenant à des programmes internationaux et de compléter Le projet 2001, en réponse aux priorités définies par nos utilisateurs et à l échéancier des évolutions de l équipement embarqué, s articule autour des trois phases suivantes. NEWSLETTER 54 - AVRIL 1999

15 NEWS THE MISSION CONTINUES What is the link between tracking black stork, retrieving data from a meteorological station in Antarctica, a drifting buoy in the Pacific, and a polar bear fishing on the pack ice? Answer: the system will soon offer users new data processing and distribution features to meet the evolving needs of all these applications and more from the year Two years ago we began developing new data processing and management systems for our processing centers. This upgrade program includes a new, intuitive interface coming on line in 2000 that will make it easier for you to access and retrieve environmental data over the Internet. Two main concerns are driving the 2001 project: We intend to offer a comprehensive service covering the full spectrum of users requirements. Above all, you want: -A more open system that lets you access and modify platform processing, program characteristics and access to results, on line. - Easier access to results via an improved user interface. Your future requirements basically concern making it easier to manage international programs deploying large numbers of platforms, and more effective validation and sharing of results and dissemination to program participants. You also want improved location accuracy, via more and better-quality Doppler locations, and data processing tailored to specific applications; for example, a wildlife biologist studying migrating petrels and an oceanographer managing a network of drifting buoys have different needs. We will be implementing a range of new features on the new-generation instruments. In the short term, we are developing software and the user interface for two-way messaging via the downlink scheduled to come on line in 2000 with the launch of the Japanese Adeos-2 satellite. In the medium term, development work will be pursued to support the new features offered by the -3 instrument, particularly the highdata-rate data collection channel. NEWSLETTER 54 - APRIL project: a new user interface and more processing capacity The 2001 project is responding to the needs and priorities expressed by users, and to scheduled enhancements to the onboard instrument in three phases: 1 - Phase 1 (1999): building foundations for the future system The new system architecture, which is being developed alongside the current structure, is built around an Oracle database management system (DBMS). We will be reviewing User Office functions and integrating them in the DBMS. A new results storage system will also be implemented to allow selective access to locations or sensor data, or to both simultaneously. We are also building a new Web-based interface into the DBMS to give you access to your results over the Internet. This new interface will let you consult and make changes to your platform technical files, and create and store custom database queries such as, for example, a request for sea surface temperatures measured by a set of drifting buoys. This stage will also involve the development of interface screens and software to allow you to send messages to platforms via the new downlink. You will have all these new features at your fingertips by the year 2000 to complement the standard data distribution service you currently use. 2 - Phase 2 (2000): new special services During the second phase of the project we will complete work on the user interface, integrating the full range of data distribution functions (databank, automatic X.25 transmission, FTP, fax, etc.). You will thus be able to order databank results and program automatic distribution of results from your desktop or laptop. This phase will also focus on upgrading special services such as moored buoy monitoring (MBM) and subsurface mooring monitoring (SMM). And we intend to develop a sensor monitoring service that will inform you of a particular event you have programmed a sensor to measure, for example an abnormally high increase in temperature. 3 - Phase 3 (2001 onwards): higher-performance location and data collection The third phase will involve upgrading data processing systems, focusing on serving the special needs of different applications or families of applications. We will also be developing a new software environment to manage and process data received from the future -3 instrument. Lastly, the GTS subsystem currently separate from the main processing system will be fully integrated into the new architecture. The experience we have acquired over the last 20 years helping researchers to study and protect the environment will of course be crucial to the project s success. But our greatest asset is the regular contact we maintain with users. So we want to hear your views about the features you would like to see in the future system. We will be bringing you regular progress reports in future issues of the. Christian Ortega CLS, Toulouse, France 15

16 NOUVELLES D Phase 1, en 1999 : une nouvelle interface utilisateurs Au cours de cette phase nous jettons les bases du futur système. Bâtie en parallèle de la structure actuelle, la nouvelle structure s appuie sur un système de gestion de base de données relationnel, Oracle. Les fonctions du bureau utilisateurs sont revues et intégrées dans cette base ; une nouvelle structure de stockage des résultats est mise en œuvre : elle permettra notamment l accès sélectif aux localisations, aux résultats des capteurs ou aux deux à la fois. Une nouvelle interface utilisateur, reliée à cette base, est développée dans un environnement de type web et sera accessible via Internet. À travers cette interface, vous pourrez, par exemple, accéder aux dossiers techniques de vos plates-formes et les modifier; créer, et stocker, des requêtes personnalisées d accès à vos données, par exemple une requête d accès à la température de surface (SST) d un ensemble de bouées dérivantes. Au cours de cette étape nous développerons également les écrans et les logiciels qui vous permettront d envoyer des messages à vos balises à travers la voie descendante. Vous pourrez dès l an 2000 profiter de ces nouvelles fonctions tout en continuant à utiliser la distribution de données classique que vous connaissez aujourd hui. Phase 2, à partir de l an 2000 : nouveaux services spécialisés Nous finaliserons l interface utilisateur en intégrant les différents outils de distribution des données (banque de données, envoi automatique X25, FTP, fax ). Vous pourrez alors passer vos commandes de banque de données, programmer l envoi automatique de vos résultats directement à partir de votre écran. Cette étape sera marquée également par la refonte des services spécialisés comme le service de surveillance des bouées ancrées (MBM) ou de mouillages de subsurface (SMM). Il est notamment prévu de développer un service de surveillance des capteurs qui vous préviendra automatiquement en cas d occurrence d un événement particulier que vous aurez programmé au préalable, par exemple l augmentation anormale de la température mesurée par votre capteur. Phase 3, à partir de 2001 : localisation et collecte de données plus importantes Cette phase se caractérise par une refonte des outils de traitement des données avec à l esprit, le souci d apporter des réponses spécifiques par application ou par famille d applications. Il s agit également de développer l environnement logiciel destiné à gérer et traiter les données de l instrument embarqué -3. Enfin, la chaîne de traitement des données GTS, aujourd hui séparée de la chaîne principale, sera intégrée à la nouvelle structure. Pour mener à bien ces différentes phases, nous mettrons à contribution l expérience acquise au cours de ces vingt dernières années au service de l étude et de la protection de l environnement. Mais notre plus grand atout est le dialogue régulier que nous maintenons avec nos utilisateurs. Nous vous invitons donc à nous faire parvenir vos commentaires et vos suggestions sur les fonctions que vous souhaiteriez voir implantées sur cette nouvelle chaîne. Nous profiterons des prochaines Newsletter pour vous tenir au courant des évolutions de ce projet. Christian Ortega CLS, Toulouse, France Bidirectionnalité du système : questions fréquemment posées LA MISSION CONTINUE Le lancement du satellite ADEOS-II vers la fin de l'an 2000 permettra aux utilisateurs d'envoyer de brèves commandes à leurs plates-formes. Ils pourront notamment arrêter ou mettre en route un émetteur ou modifier la vitesse d'échantillonnage d'un capteur. La liaison descendante sera simple et robuste, à l image de la voie montante d aujourd hui. Voici quelques réponses aux questions fréquemment posées par nos utilisateurs à propos de cette nouvelle fonction du système et de sa finalité. Comment le système fonctionnait-il jusqu'à présent? Depuis 20 ans, le système est configuré selon un schéma unidirectionnel (figure 1). Les messages sont envoyés par les 16 émetteurs des utilisateurs vers les satellites, sans protocole, ni synchronisation, ni nécessité de dialogue. Chaque émetteur répète des messages courts, durant moins d'une seconde, de façon à garantir leur réception par au moins un satellite. Ce système de communication extrêmement simple est très bien adapté aux conditions difficiles, lorsqu'il s'agit, par exemple, de capter un signal émis par une petite bouée ballottée par les vagues ou par un animal évoluant dans une vallée encaissée. Comment fonctionnera la voie descendante? Les utilisateurs se connecteront à nos serveurs via le web et programmeront les informations qu'ils veulent transmettre à leurs balises. Les serveurs relaieront ces instructions vers les satellites par l'intermédiaire de quatre plates-formes maîtresses. NEWSLETTER 54 - AVRIL 1999

17 NEWS two-way: Frequently Asked Questions THE MISSION CONTINUES From late 2000, with the launch of satellite ADEOS-II, users will be able to send short commands to their platforms. Typical applications will be switching a transmitter on or off, or modifying a sensor sampling rate. But downlink messaging will still be based on simple, robust technology. How will it all work, and what s the point of it? Below are some answers to the questions our users typically ask about the new capability. How did work until now, without two-way messaging? has been a one-way system for twenty years. The satellites collect data messages from users transmitters without protocols, synchronization or dialog with the transmitter. Each transmitter repeats short messages, lasting less than a second, to make sure at least one satellite picks them up. This robust type of transmission reliably relays data in difficult conditions, such as from small buoys washed over by waves, or animals in deep valleys (see Figure 1). How will downlink messaging work? Users will connect to our servers via the web, and program the information they want their platform to receive. The servers will relay these instructions to the satellites via four Master Platforms. Once a satellite sees the platform, it will start downlinking the instructions. The platform then confirms message reception to the satellite, which relays the acknowledgment to the user (see Figure 2). What makes downlink messaging attractive for environmental applications? We designed it specifically to meet the needs of the scientific and operational community working in this field. Here are some examples. Hide-and-seek platforms: triggered downlink (see Figure 3) To increase battery lifetime, many transmitters such as wildlife tags use duty cycles to switch power on and off. Other platforms, such as subsurface floats, spend days or weeks deep in the ocean and surface only briefly. They are difficult to contact because they can be out of sight or switched off when the satellite passes over. With triggered downlink mode, the satellite will be able to reach platforms when they are both switched on and in view. It will store the downlink message, possibly for several days, until it receives any standard message from a platform, from anywhere on Earth. This trigger will make the satellite fire the download message at the platform. Managing in-situ networks: group facilities International scientific or operational programs sharing in-situ networks usually designate a technical coordinator to optimize resources and data collection. The Downlink system features messaging to groups of platforms, which can be spread worldwide. For example, when weather conditions change, a program owner or an authorized coordinator can change the sampling frequency and transmission rate for all platforms in a group. Each platform may have several group numbers. NEWSLETTER 54 - APRIL 1999 Reducing power consumption, increasing lifetime of the experiment Our users see this as a major concern. The satellite will send: - a continuous signal for platforms to detect when the satellite is within range or no longer within range, - general information, at intervals, such as pass prediction parameters, satellite configuration and absolute UTC time. Platforms will use the information to minimize power consumption by finely tuning their transmission and reception windows. The receiver electronics will also use technologies designed to minimize power consumption. Can we still use one-way, without a receiver? Absolutely. The receiver is just an option, and even platforms with receivers can still operate one-way. We expect that a lot of users operating miniaturized low-power transmitters, for example today s 15-g wildlife tags, will continue with one-way. The Downlink is simply an add-on. Could you tell us more about the dialog? Downlink Messaging is built onto the simple oneway link. Short Downlink messages, lasting less than a second, are transmitted at a fixed frequency, 466-MHz. When the satellite flies over a platform, it repeats the messages several times to make sure they are collected. The platform sends an acknowledgment to the satellite which then stops repeating the message. If the satellite does not receive an acknowledgment, it simply sends the programmed number of repetitions. This is what makes the protocol so simple and robust. Will Downlink Messaging make it easier to send large data volumes? As discussed, the Downlink will enable platforms to detect when a satellite is approaching and how long it will be within range. So users will be able to tune their transmission strategies and increase data volume. The new on-board equipment will also feature a dedicated transmission mode for transmitting high data volumes. In this mode, the satellite will confirm message reception. This will reduce the number of redundant uplinks and increase data throughput. What is the status of downlink messaging today? The first downlink-enabled onboard equipment will fly on the Japanese satellite ADEOS-II satellite, to be launched in November The onboard equipment and the software were delivered to the Japanese space agency NASDA in March 1999, and integration tests on satellite ADEOS-II will be done by mid-year. The software for the Downlink Messaging Monitoring Center and the User Interface will be acceptance-tested in late Prototype master beacons will be ready by July The receiver specifications are ready, and the French space agency (CNES) will be manufacturing an initial lot later in So everything is well under way... 17

18 NOUVELLES D Lorsqu'un satellite «voit» la balise, il lui transmet les instructions. Ensuite la balise envoie un accusé de réception au satellite et ce dernier le transmet à l'utilisateur (figure 2). Quels sont les apports de la voie descendante aux études environnementales? Elle a été spécifiquement conçue pour répondre aux besoins des scientifiques et opérationnels travaillant dans ce domaine. Voici quelques exemples : 1. Quand les plates-formes jouent à cache-cache : le mode d envoi déclenché (figure 3) Afin d'accroître la durée de vie de la pile, de nombreux émetteurs tels que les balises utilisées pour le suivi des animaux fonctionnent selon des cycles d'activité et de repos. D'autres plates-formes, telles que les flotteurs subsurface, restent immergées pendant des jours ou des semaines et ne remontent à la surface de l'océan que pendant une brève période. Il est difficile d'entrer en contact avec elles, car elles peuvent être cachées ou en mode repos lors du passage du satellite. Le mode d envoi déclenché permet au satellite d'entrer en contact avec les plates-formes quand elles sont à la fois actives et dans son champ de visibilité. Le satellite conserve le message en mémoire, éventuellement pendant plusieurs jours, jusqu'à ce qu'il reçoive un message de la balise, quelle que soit sa position sur le globe. La réception de ce signal déclenche l envoi du message descendant. 2. Gestion des réseaux in situ : envois de groupe Dans le cadre de programmes internationaux où des scientifiques et opérateurs utilisent en commun des réseaux in situ, un coordinateur technique est habituellement désigné et est chargé d'optimiser les ressources et la collecte des données. La voie descendante permet d'envoyer des messages à des groupes de plates-formes dispersées dans le monde entier. Par exemple, lorsque les conditions météorologiques changent, un responsable de programme ou un coordinateur autorisé peut modifier la fréquence d'échantillonnage et le rythme d'émission de l'ensemble des plates-formes appartenant à un groupe. Une même plate-forme peut appartenir à plusieurs groupes. 3. Réduction de la consommation d'énergie, augmentation de la durée de l'expérience Nos utilisateurs considèrent qu'il s'agit là d'un objectif essentiel de la voie descendante. Le satellite enverra : un signal continu aux plates-formes, leur permettant de savoir quand elles sont dans son champ de visibilité ou quand elles en sortent ; et des informations génériques, à intervalles, telles que les prévisions d'orbite, la configuration des satellites et l'heure TU. Les platesformes utiliseront ces informations afin de minimiser leur consommation d'énergie en ajustant avec précision la plage horaire pendant laquelle elles émettent et reçoivent des messages. Par ailleurs, les composants électroniques du récepteur seront conçus de façon à minimiser la consommation d'énergie. Pourrons-nous continuer à utiliser le système en mode unidirectionnel, sans récepteur? Tout à fait. Le récepteur est simplement une option et même si elles en sont équipées, les plates-formes peuvent continuer à fonctionner selon le mode classique. Il est vraisemblable que de 18 nombreux utilisateurs de petits émetteurs de faible puissance, tels que les balises de 15 grammes d aujourd hui, resteront en mode unidirectionnel. La voie descendante se présente en fait comme une fonction complémentaire, un plus. Pouvez-vous nous en dire davantage sur le «dialogue»? La voie descendante s inspire du concept original de la voie montante. Des messages de moins d'une seconde sont émis par le satellite à une fréquence fixe, 466 MHz. Lorsque ce dernier survole une plate-forme, il émet le même message plusieurs fois, afin de garantir sa bonne réception par la balise. Celle-ci envoie un accusé de réception au satellite qui interrompt les envois de ce message. À défaut, le satellite continue à répéter ce message un certain nombre de fois selon sa programmation. Le protocole est très simple, donc très fiable. La voie descendante permettra-t-elle d'accroître le volume de données transmis? Comme indiqué ci-dessus, les messages descendants permettront aux plates-formes de détecter l'arrivée d'un satellite et de savoir combien de temps elles resteront dans son champ de visibilité. Les utilisateurs seront donc en mesure d'adapter leurs stratégies d'émission et d'accroître le volume de données émises. Le nouvel équipement embarqué se caractérise notamment par un mode de fonctionnement dédié à l'émission de grands volumes de données. Ce mode comprend l'envoi d'un accusé de réception par le satellite à chaque réception d un message transmis par la balise. Le nombre de messages redondants envoyés au satellite sera donc réduit et le volume de données utiles augmenté. Quel est le calendrier prévu pour la voie descendante? Le premier équipement sera embarqué sur le satellite japonais ADEOS-II, dont le lancement est prévu pour novembre L'équipement et le logiciel embarqués ont été fournis par l'agence spatiale japonaise NASDA en mars 1999 et les tests d'intégration au satellite ADEOS-II seront réalisés vers la fin du premier semestre. Les recettes des logiciels du Centre de Gestion des Messages Descendants (Downlink Messaging Monitoring Center) et de l'interface utilisateur seront effectués fin Les prototypes de balises maîtresses seront prêts en juillet Les spécifications du récepteur sont disponibles et le CNES lance une étude qui sera suivie par la fabrication d un premier lot durant le second semestre Le programme est donc déjà bien engagé. Comment serons-nous mis au courant des derniers développements? Nous vous en ferons part au cours des prochaines Newsletter. Si vous avez des questions spécifiques contactez nous dès aujourd hui à l'adresse suivante : Christian Ortega CLS, Toulouse, France NEWSLETTER 54 - AVRIL 1999

19 NEWS Figure 1 Voie montante - uplink Message 1, 9:00:00 Message 2, 9:01:30 Message 1, 9:03:00 Message 2, 9:04:30 La plate-forme répète les messages pour garantir leur réception par le satellite - Platform repeats messages to ensure their reception by satellite Figure 2 Messages descendants, mode standard - Basic downlink mode 10:00:00 10:01:00 10:01:02 Le satellite répète le message descendant pour garantir sa réception par la plate-forme - Satellite repeats downlink message to ensure its reception by platform Figure 3 Messages descendants, mode déclenché - Triggered downlink messaging 11:00:00 11:05:00 11:05:03 15:05:06 L émission de la plate-forme déclenche l envoi du message descendant par le satellite - Platform transmission triggers downlink message from satellite How will we know the latest developments? We will keep you informed through our next Newsletter. For specific questions regarding downlink messaging, please send an to NEWSLETTER 54 - APRIL 1999 Christian Ortega CLS, Toulouse, France 19

20 NOUVELLES D LA MISSION CONTINUE Augmentation du nombre de messages reçus avec NOAA-K La mise en service du satellite NOAA-K, lancé en mai 1998, se traduit par une augmentation du nombre de messages captés et relayés vers les utilisateurs. Cette amélioration du système profite en particulier au suivi d'animaux, application qui utilise des émetteurs miniaturisés, de poids de l ordre de la vingtaine de grammes et qui émettent le plus souvent avec des puissances comprises entre Meilleure réception des signaux montants de faible puissance 125 et 500 milliwatts. Or, le nombre et la qualité des localisations augmente avec le nombre de messages reçus par les satellites. CLS a effectué une analyse statistique du nombre de messages reçus par le nouveau satellite à partir d'émetteurs de faible puissance. Le nombre moyen de signaux montants captés par passage a augmenté dans les proportions suivantes : 50 % ou plus pour 10 % des émetteurs ; 35 % pour 20 % des émetteurs ; 10 % pour 50 % des émetteurs. Puissance d émission Nombre de messages reçus de Augmentation du nombre Watts dbm l émetteur 1 l émetteur 2 de messages reçus Transmission power Number of messages received Increase in number Watts dbm transmitter 1 transmitter 2 of messages received 2 W % 1.25 W % 1 W % 500 mw % % 400 mw % Figure 1 : Résultats des tests comparatifs du CNES. L'émetteur 1 fonctionne dans la bande passante actuelle d' (24 khz), tandis que l'émetteur 2 utilise la nouvelle bande élargie à 80 khz. Figure 1: Results of comparative tests conducted at CNES. Transmitter 1 used only the original 24-kHz bandwidth, while transmitter 2 used the new 80-kHz bandwidth. Cette amélioration est à porter au crédit de la plus grande sensibilité du récepteur embarqué. Dès à présent, tirez parti de l'élargissement de la bande de fréquence. L'amélioration de la réception de vos messages peut atteindre 86 %. Le CNES a testé des émetteurs de faible puissance exploitant l'élargissement à 80 khz de la bande passante (actuellement, elle est de 24 khz). Cet étalement de la plage de fréquence permet de réduire la concurrence entre les petites balises et les plates-formes plus puissantes qui émettent pour la plupart avec la fréquence centrale. Avec l'élargissement de la bande, l'augmentation du nombre de messages montants captés par le satellite peut aller jusqu'à 86 % (voir figure 1). L'exploitation de la nouvelle bande passante par Service se fera en deux temps. Dans une première phase, conformément à une décision de juillet 1998 du Comité d'opération, les utilisateurs doivent demander à leurs fabricants de programmer les fréquences à 401,648 et 401,652 MHz. Par la suite, après le lancement de NOAA-L en l'an 2000, nous attribuerons des fréquences dans la bande de 60 khz centrées autour de 401,650 MHz. Pour plus d'information sur les nouvelles possibilités offertes par -2 et le satellite NOAA-K, consultez le site Michel Taillade Directeur-général de CLS Toulouse, France 20 Nouveaux satellites, nouvelles performances Les équipements embarqués sur les nouveaux satellites apportent de plus grandes capacités de transmission, la communication bi-directionnelle avec les plates-formes, plus de messages, et une meilleure réception des signaux émis à faible puissance (voir figure ci-contre). NEWSLETTER 54 - AVRIL 1999

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