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Service Copernicus de Surveillance de l’Atmosphère

Copernicus Atmosphere Monitoring Service - CAMS

logo copernicus

 

En combinant observations satellitaires, observations terrestres et modèles de prévision, le service Copernicus de surveillance de l’atmosphère (CAMS) offre aux entreprises, aux décideurs et aux scientifiques des informations permettant de faire face aux défis liés à la composition de l'atmosphère.

Descriptif

Le service Copernicus de surveillance de l’atmosphère (CAMS) est un des six services thématiques du programme Européen de surveillance de la Terre Copernicus. Il met à disposition des produits et des informations autour de la composition atmosphérique mondiale et européenne.

 

Le service CAMS utilise des méthodes variées pour ajouter de la valeur aux observations – satellitaires ou basées au sols - dans le but de fournir des informations cohérentes sur la composition de l'atmosphère et les processus associés. Les produits du service CAMS fournissent des prévisions et des réanalyses des gaz traces et des aérosols aux échelles mondiale et européenne, ainsi que des estimations des émissions des flux de surface ou du rayonnement solaire.

 

Ces produits permettent de couvrir des champs d’application variés tels que la qualité de l’air et la santé, l’appui aux politiques publiques, l’énergie solaire, la couche d’ozone et le rayonnement UV, les émissions et les flux de surface ou encore le forçage climatique.

 

Ce service est mis en œuvre par le Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (ECMWF).

Prévisions de la colonne totale de dioxyde de soufre à 12h00 UTC le 19 octobre 2021
Surveillance du transport de dioxyde de souffre (SO2) lors de l’éruption du volcan de La Palma en 2021. Prévisions de la colonne totale de dioxyde de soufre à 12h00 UTC le 19 octobre 2021 (initialisée à 00:00 UTC). Les prévisions CAMS sont basées sur les observations satellitaires des colonnes totales de SO2 (c'est-à-dire le nombre de molécules de SO2 par unité de surface dans une colonne allant de la surface au sommet de l'atmosphère).
Source: Copernicus Atmosphere Monitoring Service/ECMWF (site internet CAMS, rubrique actualités)

Services et produits
  1. Composition atmosphérique à l’échelle mondiale : passé, présent et futur proche (prévisions) :

 

Le service CAMS produit deux fois par jour des prévisions mondiales sur la composition de l'atmosphère. Ces prévisions portent sur plus de 50 espèces chimiques (par exemple : l'ozone O3, le dioxyde d'azote NO2, le dioxyde de carbone CO2) et sept types d'aérosols différents (poussières désertiques, matière organique, aérosols de sulfates …). La prévision utilise un modèle de l'atmosphère basé sur les lois de la physique et de la chimie pour déterminer l'évolution des concentrations de toutes les espèces dans le temps pour les cinq jours suivants.

Les conditions initiales de chaque prévision sont obtenues en combinant une prévision précédente avec les observations satellitaires actuelles par un processus appelé assimilation de données. Cette meilleure estimation de l'état de l'atmosphère à l'étape initiale de la prévision, appelée analyse, fournit un ensemble de données mondiales complet et cohérent permettant des estimations à des endroits où la couverture des données d'observation est faible ou pour des polluants atmosphériques pour lesquels aucune observation directe n'est disponible.

 

Une réanalyse mondiale de la composition de l'atmosphère est également disponible, sur une période remontant à janvier 2003. La réanalyse n'est pas soumise à la contrainte d'émettre des prévisions en temps voulu, ce qui laisse plus de temps pour collecter des observations et, lorsqu'on remonte plus loin dans le temps, pour permettre l'ingestion de versions améliorées des observations originales, offrant un produit de meilleure qualité.

  1. Qualité de l'air en Europe

 

Le service CAMS produit des analyses et des prévisions quotidiennes de la qualité de l'air spécifiques pour le domaine européen, avec une résolution spatiale nettement supérieure (0,1 degré, soit environ 10 km) à celle des analyses et des prévisions mondiales. La production est basée sur un ensemble de neuf systèmes de prévision de la qualité de l'air en Europe. Les produits d'ensemble ont en moyenne de meilleures performances que les produits de chacun des modèles individuels. L'écart entre les neuf modèles est utilisé pour fournir une estimation de l'incertitude des prévisions. Les prévisions de la qualité de l'air sont produites une fois par jour pour les quatre jours suivants. L'analyse et les prévisions sont disponibles au pas de temps horaire à sept niveaux de hauteur. Des réanalyses des observations de la qualité de l'air en surface des années précédentes sont également produites.

Prévisions de qualité de l’air
Prévisions de qualité de l’air. Prévision à J+4 de la concentration en PM2.5 à la surface. Source : Copernicus Atmosphere Monitoring Service / ECMWF.

Des produits pour décideurs sur la qualité de l’air en Europe sont également proposés. Des rapports d'évaluation annuels, donnent un aperçu de la qualité de l'air en Europe pour l'année précédente. Des outils pour décideurs sont également disponibles, sous la forme d’applications web interactives basées sur les modèles de qualité de l'air de CAMS.

Ces outils fournissent des informations sur l'effet des réductions d'émissions sur la qualité de l'air en Europe (tel que l’Air Control Toolbox) ou bien des informations sur l'origine de la pollution pendant les épisodes de pollution passés ou à venir (exemple sur les épisodes passés).

  1. Produits supplémentaires

 

Les produits CAMS sur le rayonnement solaire fournissent des valeurs historiques de 2004 à aujourd'hui de l'irradiance solaire globale, directe et diffuse, ainsi que de l'irradiance normale directe.

 

Les inventaires d’émissions de polluants atmosphériques et de gaz à effet de serre sont des produits utilisés par CAMS pour ses propres modèles de prévision, mais qui peuvent également être utilisés par d'autres modèles de transport chimique atmosphérique. Ces inventaires sont basés sur une combinaison d'ensembles de données existants et de nouvelles informations, décrivant les émissions anthropiques provenant de l'utilisation de combustibles fossiles sur terre, du transport maritime et de l'aviation, ainsi que les émissions naturelles provenant de la végétation, du sol, de l'océan et des termites.

 

Des jeux de données relatifs aux flux de gaz à effet de serre tels que le dioxyde de carbone CO2, le méthane CH4 et le protoxyde d’azote N2O à la surface sont produits par des méthodes dites d’inversion atmosphérique, qui utilisent des modèles de transport de l'atmosphère pour relier les concentrations observées - télédétection au sol et satellite - de CO2, CH4 et N2O aux flux nets à la surface de la Terre. Les flux nets comprennent les contributions de la biosphère naturelle (végétation, zones humides …) et les contributions anthropiques.

 

CAMS détermine les distributions géographiques du forçage radiatif dû aux principaux constituants atmosphériques. Ce forçage radiatif mesure le déséquilibre du bilan énergétique de la Terre causé par une perturbation du système climatique. Les estimations du forçage radiatif sont basées sur les réanalyses mondiales et des simulations complémentaires. Elles sont fournies séparément pour le dioxyde de carbone ; le méthane ; l'ozone O3 troposphérique ; l'ozone O3 stratosphérique ; les interactions entre les aérosols anthropiques et le rayonnement ; et les interactions entre les aérosols anthropiques et les nuages.

 

Des produits permettent enfin de couvrir spécifiquement la couche d’ozone stratosphérique.

Evolution de la couche d’ozone
Evolution de la couche d’ozone. Aire du trou dans la couche d’ozone de l’hémisphère Sud. Source : Copernicus Atmosphere Monitoring Service / ECMWF (site internet CAMS, rubrique « couche d’ozone »)

 

Domaines d’application

Le service CAMS fournit des analyses et des prévisions quotidiennes du transport mondial à longue distance des polluants atmosphériques ainsi que de la qualité de l'air ambiant à l’échelle européenne pour le domaine européen. Ces prévisions peuvent être utilisées telles quelles (par exemple, sur des évènements tels que les épisodes de poussières Sahariennes), mais elles servent également à alimenter un large éventail de services en aval, tels que les prévisions nationales de la qualité de l'air, des applications pour smartphone permettant d’informer l’utilisateur sur la qualité de l’air ambiant, ou encore des outils d’aide à la décision. Ainsi, les informations de CAMS sur la pollution mondiale et la qualité de l'air en Europe touchent des millions d'utilisateurs. Les décideurs politiques aux échelles locales, régionales ou nationales peuvent utiliser les informations issues des rapports d’évaluation ou des outils d’aide à la décision pour leur planification et leur prise de décision à court et à long terme sur les questions de qualité de l'air.

 

Les ensembles de données cohérents sur les émissions et les flux de surface se prêtent à une utilisation dans les modèles de qualité de l'air et de climat. Les estimations du forçage climatique des aérosols, de l'ozone et des gaz à effet de serre contribuent également à la compréhension du changement climatique, étant un prédicteur important de l'évolution de la température moyenne mondiale (exemple d’utilisation dans les rapports d’évaluation du GIEC).

 

Les informations précises et accessibles sur le rayonnement solaire, telles que les séries chronologiques historiques, permettent au secteur des énergies renouvelables et aux décideurs politiques de planifier à petite et grande échelle les installations de production d’énergie solaire ou d’en optimiser les rendements.

 

Pour finir, dans le domaine de la santé, outre la qualité de l’air, le suivi du pollen, la surveillance de l'ozone stratosphérique et les prévisions de rayonnement UV permettent de prévenir des expositions trop importantes à ces rayonnements potentiellement nocifs.

Air Control Toolbox
Air Control Toolbox. Illustration de l’utilisation d’une des outils d’aide à la décision de CAMS.
Source : Copernicus Atmosphere Monitoring Service / ECMWF (site internet CAMS, rubrique « policy »).

 

Modalités d’accès et accompagnement

Les services Copernicus sont accessibles à tout le monde et dans le monde entier. Les données sont en accès gratuit et complet, et libres de droits. Il n’y a donc aucune restriction d’usage, de reproduction et de redistribution des informations et des produits proposés par les différents services.
Le site internet CAMS permet de consulter le catalogue des produits, d’accéder à l’ensemble de ces produits, ainsi qu’à la documentation associée et de nombreuses illustrations de cas d’usages. Les produits sous forme d’ensemble des données sont également accessibles via l’entrepôt de données « Atmospheric data store » (ADS). Ce système de données et d'informations, modulaire et distribué, permet en particulier d’accéder à tous les ensembles de données CAMS via des interfaces Web et API unifiées

Atmospheric data store
Atmospheric data store. Schéma simplifié d’utilisation

Le service CAMS est complété par un ensemble d’outils de soutien à l’utilisateur, et des ateliers utilisateurs sont régulièrement organisés.

Pour en savoir plus ...
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