MESURES DE LA TEMPI~RATURE DE L'ATMOSPH~RE PAR RADIOMI~TRIE HYPERFRi~QUENCE

Pierre MISME

Ing6nieur en chef de la M6t6orologie nationale*

par

et Alain R O B E R T

Ing6nieur E.N.S,E.**

SO~MMnE. - - Les auteurs commencenl par rappeler le principe de la radiom~trie en ondes millimdtriques el les possibilit~s o//ertes pour la mesure de la temperature de l'atmosphOre. Its d~crivent ensuite sommairement la rdalisatioa d'un radiom~tre conslruit en rue de mesurer celte temperature 6 neu/ niveaux de pression di//drents entre 77 el 3 mbars, ce radiom~lre dtant situ~ h une altitude quelconq'~e supdrieure ~ celle correspondant ~ la pression de 3 mbars. Ils donnent ensuite les rdsultats de mesure provenant de plusieurs expdriences di/fdrentes.

PLAN. - - �9 1 : Introduction. �9 2 : Le spectre de l'oxygc}ne mo ldcu la i re 2.1. Le spectre hyperfin; 2.2. L'oxgg~ne atmosphdrique. �9 3 : P r i n c i p e de la m e s u r e 3.1. Equation de trans/ert; 3.2. Interprd. ration physique; 3.3. Discussion. �9 4 : R~al isa t ion du r a d i o m ~ t r e 4.1. Principe du /onctionnement ; 4.2. Caractdristique du radiom~lre; 4.3. Dispositi/s particuliers. �9 5 : Rd.sultats e x p d r i m e n t a u x 5.1. Fonctionnement du radiom~tre pendant la phase de montde du ballon ; 5.2. Phase de pla/onnement

du ballon; 5.3. E!alonnage en vol. �9 6 : Conclusion. �9 Bibliographic (12 r6f.).

1. I N T B O D U C T I O N

Le proc6d6 m a i n t e n a n t classique de radiosondage ne condui t pas toujours h une connaissance pr6cise

de la temp6rature de l 'air, en particulier de jour dans la stratosph6re. D 'aut res proc6d6s sont donc envisag6s; parmi ceux-ci, la radiom6trie spectro- scopique pr6sente d ' impor tan tes possibilit6s. Cette m6thode permet la d4terminat ion de la temp6rature d ' un des gaz purs contenus dans l'air.

E n outre, la concentra t ion mol6culaire i n t e rvenan t directement dans un tel type de mesure, il est n4ces- saire que la pression partielle du cons t i tuant consid6r6

soit proport ionnelle fi la pression totale de l 'air ; ce q u i condui t h un rappor t de m61ange ind6pendant du lieu et de l 'a l t i tude.

Une 6tude simple montre que l 'oxyg6ne r6pond h ces exigences.

On exposera donc dans cet article les principes de cette m6thode appliqu6e h la mesure des temp6ratures de la stratosph6re par l ' interm6diaire de l 'oxyg6ne mol4culaire. La description des r4sultats exp6rimen- t aux obtenus permet t ra de conclure quan t aux avan- tages prdsent6s.

2. LE S P E C T R E D E L ' O X Y G I ~ N E M O L I ~ C U L A I R E

L'6mission et l ' absorpt ion de l 'oxyg6ne atmosph6- rique repr6sentant la base du principe de mesure, il convient tou t d 'abord d 'en pr6ciser les caraet6- ristiques.

2 .1 . Lo spec tre h y p e r f i n [1, 2].

La mol6cule d 'oxyg6ne poss6de un moment dipo- laire magn6t ique dO aux spins de ses 61ectrons de valence. Le couptage de ce spin 61ectronique au

moment de rota t ion de la mol6cule fair apparai tre des n iveaux 6nerg6tiques de type triplet. Les t ran- sitions pouvan t s'effectuer entre ces divers n iveaux forment un spectre hyperfin propre h cette mol6cule ; ce spectre se situe aux longueurs d 'ondes millim6- tr iques et se compose d 'une raie isol6e h 2,53 mm et de quelques 25 raies group6es au voisinage de 5 ram.

Le coefficient d 'absorpt ion lin6ique, grandeur de base h la d4terminat ion de l ' absorpt ion et de l '6mission d ' un corps, s'6crit :

8r~av 2 - N j [ < Jl lg' >12 F , jj) ,

J e t J' sont les nombres quant iques repr6sentatifs des n iveaux d'6nergie entre lesquels s'effectue la t ransi t ion,

v est la fr6quence,

c est la vitesse de la lumi6re,

k est la constante de Boltzman,

T e s t la temp6rature absolue du milieu,

[< Jl~[J' >[ est le momen t dipolaire relatif aux 6tats J e t J ' ,

N j est le nombre de mol4cules dans l '6 ta t J,

F(v. ~jj.) est le facteur de forme de la raie.

Remarquons ici que le coefficient d 'absorpt ion lin6ique a 4t6 in t rodui t pour des mesures en milieu de propagat ion quasihomog6ne.

* D6tach6 au C.N.E.T. ** A la So:iSt6 Thoms,).~-~i,%,V,

378

t. 24, a ~ ||-12, 1969] MESUtlES DE LA T]EMP~RATURE DE L'ATMOSPHI~RE

En r6alit6, l 'absorpt ion (donc l'~mission) est fonction

du nombre de mol&ules d 'oxygSne contenues dans

le vo lume d 'air explor6 par le r~cepteur. Pour unc

antenne ayant des caractdrist iques fixes, il revient

au m~me de parler de pression partielle d 'oxyg6ne.

De plus, dans ces conditions de fixit6, on introdui t

impl ic i tement une relation entre unc distance et un

volume donc entre une longueur et une pression

partielle. Cette remarque sera utile pour mieux

comprendre l 'appl icat ion ultSrieure.

2 .2 . L ' o x y g ~ n e a t m o s p h 6 r i q u e .

L'appl ieat ion de ces th('ories h l 'oxygbne de Fair a

f a r l 'obje t de divers t ravaux, entre autres [3, 4].

La principale diffcult6 consistc h 6valucr le factcur

de forme F(~ v,u) dans le milieu part iculier que cons-

t i tue l 'a tmosph~re terrestre.

Les ph~nom~nes pr6pond~rants (l'61argissement

spectral sont relatifs :

- - a u x collisions mol~culaires,

- - h l 'effet Doppler.

Si le second de ces phdnom&les pent 6tre dStermin~

assez ais6ment de fa~on th~orique, il n 'en est pas

de mfime pour le premicr.

Outre les formes des raies spectrales, il convient

d 'en dfiterminer la largcur. En ce qui concerne l 'effet

Doppler la largeur thdorique, conta inment admise

dans la prat ique, est donn6e par [2] :

' , b . r ,.' '2 k T o,5 ( A V ) D = - --, - - - - log,, 2 + ,

(" IH

m est la masse mol6eulaire.

En ee qui eoneerne la largeur de raic due aux col-

lisions mol6eulaires, il est pr6%rable d 'uti l iser une

formule empirique, on a ehoisi celle pr&onis6e par

Meeks [ 4 ] :

300 ~o, s5 (Av)c = 1,95.10 -a p(0,21 + 0,78 ~)( T '

Av est donn6 en GHz,

p est la pression (en mm H,,~

est un coefficient pe rmet tan t de tenir compte

des sections eWmaees relatives de l 'azote el de Foxy-

g~ne.

On Vient de signaler une certaine imldterminal ion

de la forme des tales. On pent t raduirc ceci en 6eriwmt

que la fonetion f (P, T) = 0 qui servira de base aux

caleuls n 'est pas parfaitem~q~t d6finie. I1 n 'y a 1)as

lieu de s'en inquidter outre mesure car l ' imprdeision

qui en rdsultera sur la e(mnaissan('e de T e n foncli()n

de P e s t trbs infdrieul'c 5 1'/ pr6eision (lue l 'on se fixm'a

pour la mesure. De plus, des t r avaux if 'cents 17)]

ont montrt~ que la fonction adoptdc 6tait acceptable.

Dans ces conditions, h' coefficient d 'absorpl ion

lin~ique pent s'6erire :

C1~2~210a e - E . \ ' I t ' I / T z,l:') 1 ('~--v~ T17 Y = K 1 [ l i ~ I> T . . . .

2]11

Expression dans laquelle :

y est exprim~ en n~per/km,

C 1 = 0,61576,

t* = l < Jl lJ'>l, N est le numdro de la raie (fonction de J et J'),

(N + 1) ( 2 N - - 1) ~x2= pour une raie - -

N

N ( 2 N + 3) ~x 2 = pour une raie +

N § 1

K = 1,969 102 pour que (AV)c soit exprim~ en GHz,

p est la pression exprimde en m m H g ,

'V 0 ~ - VJ, d ' ,

E N est l 'dnergie de rota t ion de la moldcule :

E N / k T = 2,06344 N ( N + 1)IT.

R e m , r q u e 1. La valeur du coefficient d 'absorpt lon

lin~ique ainsi ddfinie est valable un iquement lorsqu'h

la fr6quence eonsiddr6e il ne pent y avoir d 'absorpt ion

que du f a r d 'une raie unique.

Lorsque plusieurs raies voisines peuven t interf~rer

le probl~me se eomplique singuli,?rement, ear non

seulement il y a sommat ion des coefficients d 'absorp-

tion, mais encore il pent y avoir rdaetion des ph6no-

m6nes quant iques les uns sur les antres : ph6nom~ne

de t ransre laxat ion (cross relaxation).

Le problbme devient encore plus eomplexe, et il

ne pent y avoir application de la m6thode expos6e

q u ' h part i r de rdsultats exelusivement exp6r imentaux.

Cette interact ion entre raies n ' in t e rvenan t qu 'h des

pressions sup6rieures ou dgales h 150 mb, on eonsid~re

que cette pression correspond 'h une l imite d 'u t i l i sa t ion

d 'une tellc m&hode.

R e m a r q u e 2. Le ealeul de l '6mission appliqu6e

l 'oxyg6ne de l 'air est eompliqu5 par suite de l 'exis tence

du champ magndt ique terrestre qui pent produire

l 'effet Zeeman. En effet, dans la loi expr imant le

coefficient d 'absorpt ion, on a mis en 6vidence la

quanti t~ v - - ~o �9 On montrera plus loin que la dimi-

nut ion de eet te quant i t6 correspond h la d iminut ion

de la pression pour laquelle on mesure la t empera ture .

Or l 'effet Zeeman se manffeste par une ddformation

de la forme de la raie au voisinage de la fr6quenee de rdsonance. On t rouve done une lilnite vers les faibles

pressions si on ven t s 'affranehir du param6tre champ

magndtique. Un calcul plus eomplet indique que cet te

pression est de l 'ordre de t mb [6, 7].

En rdsum6, la m6thode de mesure sera limit~e

une pression comprise entre 1 et 150 mb, bien que

le ddpassement de ees limites ne eonst i tue pas une

iml)ossil)ilitd thdorique, mais une complicat ion de

l ' interprdtat ion des mesures (voir figure 1).

3. P R I N C I P E D E L A M E S U t l E

Un milieu sujet h transit ions quant iques port6

une certaine tempdra ture est 6missif, mais aussi absorbant.

- - 3 7 9 - -

3/11 P. M I S M E E T A . R O B E R ' I [.~.NNALES DES '|'I~L,/:COMMUNICATION~

i

! r

I J

3 3 3 3 10 .3 10 2 10 1 1 10 10 z

AV (MHz)

Fro. 1. - - Etude de la demi-largeur de raie ; droite peu inclin6e : demi-largeur de raie Aven ne t enan t compte que du phdnom6ne de collision ; courbe presque parallUe aux ordonn6es : 61argissement de la demi-raie en ne tenant comptc que de l'cffet

Doppler appliqu5 aux mol6cules. L'enveloppe de ces courbes est trac6e en t ra i t i)lein et indique la zone de travail possible.

L a g r a n d e u r h a b i t u e l l e m e n t ut i l i s6e p o u r d6cr i re

u n r a y o n n e m e n t 6 1 e c t r o m a g n ~ t i q u e es t l ' i n t e n s i t 6

sp6c i f lque de r a y o n n e m e n t Iv qu i es t u n e d e n s i t 6

s p e c t r a l e de f lux de p u i s s a n c e p a r u n i t 6 d ' a n g l e solide.

E n o u t r e , on u t i l i se c o u r a m m e n t la n o t i o n de

t e m p 6 r a t u r e de b r i l l a n c e T o , d6f in ie p a r l ' i n t e r m 6 -

d i a i r e de la f o r m u l e de R a y l e i g h - J e a n s ( f o r m u l e de

P l a n c k s impl i f i6e) en e x p r i m a n t la dens i t 6 s p e c t r a l e

d u r a y o n n e m e n t d ' u n co rps no i r :

I,~ = 2 k ( ' 9 [ c ) 2 T b .

3.1. E q u a t i o n de transfert .

L a d 6 t e r m i n a t i o n de l ' 6 q u a t i o u de t r a n s f e r t du

r a y o n n e m e n t es t o b t e n u e /~ p a r t i r de la t h 6 o r i e

d ' E i n s t e i n en s u p p o s a n t u n ~qu i l ib re t h e r m o d y n a -

m i q u e local .

L a f igure 2 r e p r 6 s e n t e la g 6 o m 6 t r i e d u t r a n s f e r t

de r a y o n n e m e n t .

i /

/ : Z I,)§

/ , , / / "

Iv

I 4 d

Fie. 2. - - G~!om6trie du transfert de rayonnement.

( L ' a n g l e 0 i n t r o d u i t p e r m e t de fa i re a p p a r a i t r e la

poss ib i l i t 6 d ' u n c h o i x d ' a x e d i f f6 rcn t de celui de la

p r o p a g a t i o n . )

Ains i la t e m p 6 r a t u r e de b r i l l a n c e Ta d ' u n e source

de t e m p 6 r a t u r e Ts r u e h t r a v e r s u n mi l i eu a b s o r b a u t

es t d o n n 6 p a r l ' i n t 6 g r a l c :

// '~ --r(l)%(l)/cosO Ta = Ts e-~o 4- T(I) e dl

s es t la d i s t a n c e de la sou rce all r 6 c e p t e u r s i tu6 en r

( sens r --~ s : dl pos i t i f ) :

~'~ ~",(z) ~'1 ,',(z') "v o = ~ dl eL "v(l) -= . r ' . r cos 0 dl '

d l ' 6 t a n t u n 616ment de l o n g u e u r de l ' i n t e r v a l l e rl, e t l' la d i s t a n c e de ce t 616ment h r. D a n s le cas off

il n ' e x i s t e d ' a u t r e sou rce q u e le mi l i eu l u i - m 6 m e ,

c e t t e e x p r e s s i o n d e v i e n t :

= e-'~(l)y~(l)/eosO dl Ta ~ T(~)

( p o u r l ' 6 t a b l i s s e m e n t de ces fo rmu le s , on p o u r r a

u t i l e m e n t se r e p o r t e r a u x r6 f6rences [8, 9, 10].

3 . 2 . I n t e r p r 6 t a t i o n p h y s i q u e .

U n 616ment d ' 6 p a i s s e u r dl s i tu6 e n l 6 m e t u n e

q u a n t i t 6 d ' 6 n e r g i e te l le q u e :

Tv(t) d T = T(t) ~ d l .

C e t t e 6miss ion es t en p a r t i e a b s o r b 6 e p a r les c o u c h e s

d ' a t m o s p h ~ r e s i tu6es e n t r e ce t 616ment 6miss i f e t le

l ieu de m e s u r e et c e t t e a b s o r p t i o n es t :

.4 = exp - - d l ' �9 COS 0

L a c o n t r i b u t i o n de l ' 616ment d! h l ' 6ne rg i e t o t a l e

r evue es t doric :

~'v(/) [ f r r l y~(t') d l , ] d l dTa = TtO ~ exp - - c o s 0

L'6nergie totale regue, ou son 6quivalent en temp6- r a t u r e , s ' o b t i e n t en i n t 6 g r a n t d T a e n t r e le l ieu d e

r 6 c e p t i o n e t la Ter re ,

- - 3 8 0 - -

�9 2 ~ n ''s 11-12, 1969]

E n t o u t e r igueur , il f a u d r a i t a j ou t e r un t e r m e eor-

r e s p o n d a n t h l '6miss ion p ropre de la Ter re ~l la frd-

quence eonsiddrde. D a n s la p r a t i q u e , ce t t e add i t i on

est inu t i l e ear il s ' ag i t d ' u n e v a l e u r n6gl igeable et,

de plus, tr~s absorbde par les p remie r s k i lom6t res

d ' a tmosph~re .

E n f l n la fonc t ion h in tdgrer est r a p i d e m e n t conver -

gen te apr~s un m a x i m u m et, dans ees condi t ions , il sera

plus s imple d ' l n tdg re r en t re le lieu de r6cep t ion et l ' infini .

On ddsigne sous le nora de (~ f ae t eu r de ponddra t ion ,)

le f a e t eu r [~(t) te l que :

[~(t) ='(,,(t) e x p [ - /~T,~(v) dl' 1,

cos 0 sera pris dans la sui te 6gal h I. Ainsi la eontr i -

I)ution d ' u n e eouche d 'dpaisseur Al ~ la t e l upOra tme

de br i l lanee est :

ATa T(1) /,,(1) A I .

l : n f ln il exis te unc re la t ion ent re l el p dans le mil ieu

l )ar t icul ier consid6r& l ' n effct, de ce (ltli a dtO indi(lu6

au w 2.1, on pcu t d6(luirc que la h)n~ueur in t ro( lu i te

par le coeff icient d ' absor l ) t ion liuiq(lue n 'es t q u ' u n

i n t e rm6d ia i r e (lc calcul. On r c t r o u v e r a la l)ression

par la re la t ion :

P P0 e~/Zt ,

ou II est l '6ehel le de hau t eu r , el on assimile / il h

en chois i ssant pour II des uni t6s convenab les , Po est

la l)ression du lieu du rdccp teur supl)os6 or ient6 vel-s

les press ions plus 51evdes.

R e m a r q u o n s que ce t te re la t ion eu l re p et h es[

tr~s b ieu vdrifide par l 'exl)drience, lllais que ce t te

v6r i f ica t ion n ' a pas d ' i m p o r t a n c e (lans le cas (lui

uous occupe, car on a fai t les m6mes hyl)oth6ses pour

passer (te l ' ab so rp t i on au coefficient lin(d(lue (Iue potu"

repasser du coefficient l indiquc a un coet t ic ient va r i ab le

avec les pressions. On a i u t rodu i t de i)lus l 'aec616-ation

de la p e s a n t e u r qui figure dans 11 et (tui n 'es t I)as

expl ic i t6 ici, ce qui f a r que ce calcul ('st va lab le ])our

rou tes les a tmospht . res de plan~,tes quelcon(lUeS a

une a l t i t ude que lconque .

La seule res t r ic t ion sur laque l le il est inut i le (le

s '6 tendre i c i e s t qu ' i l ne dol t pas y avo i r de eouran t s

v e r t i c a u x v io len t s sur l ' i n t e rva l l e ( l ' in tdgra t ion . l ' o u r

en t en i r comp te , il f a u d r a i t mod i t i e r l ' accdldra t ion

ve r t i ea l e au l ieu de la p r end re i( lenti( iue h celle de la pesan teu r .

D a n s ces condi t ions , le f ac t eu r de p o n d 6 r a t i o n

s 'dcri t :

[,,(p) = y,,(p) exp L - - ~p dp '

L ' i n t 6 g r a t i o n de ee t t e express ion , h T cons t an t ,

c o n d u i t ~ : p2

l~(p) = C(p~ 4- X) cHlz (p2 4- X)CHI2 . 1 '

express ion dans laque l le :

~2 [z2 10-3 e--ExIkT C = C 1 K T 2,15 '

(~ - - ~0) 2 T1, 7 e t : X = g ~

M E S U R E S D E LA TEMPI~I1ATU1RE D E L ' A T M O S P H I ~ R E 4/ t l

La c o n t r i b u t i o n de c h a q u e t o u c h e h la t e m p 6 r a t u r e

de br i l l ance mesurde s 'dcri t :

A T a : T(p) F,,(p) H A p l p .

La fonc t iou de p o n d d r a t i o n dd te rminde plus h a u t

n ' e s t pas m o n o t o n e et possL, de une v a l e u r m a x i m a l e pour :

PM = 2 X / C t f .

Les couches situ6es h la press ion PM c o n t r i b u e r o n t

le plus h la t e m p d r a t u r e de br i l lanee mesur6e.

La f igure 3 reprdsen te la v a r i a t i o n du n m x i m u m

du fac teu r de ponddra t i on en fonc t ion de la press ion .

p(mbar) 3

i00

300

FIG. 3.

I i

J

\

50 I00 150 2O0 2~1

1) - 9 0 (UHz)

Variation du maximum du facteur de ponddration en fonction de la pression.

En ordonm;e, la l)ression en dchelle logarithmique. En ctbscisse, l'dcart de frdquence entre la fr6quence de

r6ception et la fr6quence de rdsonance v o en MHz.

La l igure 4 l 'epr( 'senle los va r i a t i ons du f ac t eu r

de pond6ra t i on eu fonc t ion de la press ion pour une

v a l e u r ])ax'lienli~re de v - - % et l)our la raie 7 - .

3 . 3 . D i s c u s s i o n .

3 .3 .1 . T e m p e r a t u r e r~el le e t t e m p e r a t u r e m o y e n n e .

De par son pr incipe , il ('st 6v iden t que la mesu re

p e r m e t la d d t e r m i n a t i o u de la t e m p d r a t u r e m o y e n n e

d ' u n e ce r t a ine 6paisseur a t m o s p h d r i q u e et non pas

d ' u n c cotiche i n f i n i m e n t flue. L ' i d e n t i t 6 de ces d e u x

va leurs condu i t h une c r reur s y s t d m a t i q u e d d p e n d a n t

du profi l des t e m p d r a t u r e s ; c e p e n d a n t tree d v a l u a t i o n

a m o n t r 6 [10] que pour un profi l c lass ique ce t t e e r reur

dtai t de l ' o rd re du degr6 soit infdrieure h l ' c r r eu r de

mesu re que l ' on accepte .

On p e u t donc consid6rer que la press ion de la

couche sondde co inc ide b ien a v e c le m a x i m u m du

f ac t eu r de ponddra t ton . E n t o u t 6 ta t de c a u s e u n e

- - 3 8 1 - -

5/11 P . M I S M E E T

p(m~ar

10

30

I00

30)

- ~0 = 50 MHz

J

10 20 aT(oK)

FI6, 4. - - Variation du facteur de pond6ration pour un e valeur fixe de la fr6quence de r6ception v et la valeur de v0 correspondant h la raie 7-. On a choisi sur cette figure :

- - v o = 50 MHz. En ordonnde, les pressions en 6cfielle logarithmique.

E n abscisse, l'6quivalent en temp6rature de l'6nergie rayonn6e en degr6.

A. R O B E R T [ANNALES DES T]~L]~COMMUN~ICATIONS

Dans les calculs pr6c6dents, on a suppos6 que le

r6eepteur 6tant trhs au-dessus de la t ranche d ' a tmo-

sphhre dont on voulai t mesurer la temp6rature . C'est le cas g4n6ral que l 'on rencontrera en ut i l isant des ballons plafonnant ou des satellites.

On peut 6tudier l ' au t re cas : celui off le radiom6tre est situ6 ~ une pression sup6rieure ~ celle pour laquelle

il doit fonctionner. Le calcul mont re alors que la

fonction de pond6rat ion augmente depuis le n iveau 0

jusqu '~ celui du radiomStre. On mont re de plus que

la temp6ra ture d 'an tenne , donc la t emp6ra ture

mesur6e est celle de l ' a tmosph6re ambiante .

4. I~]~ALISATION D U R A D I O M ~ . T B E

Afin de v6rifier le bien-fond6 des calculs th6oriques

pr6c6dents, on a construi t un radiombtre dont le

fonc t ionnement a 6t6 essay6 ~ l 'a ide d ' un ballon

p lafonnant vers 39 km d 'a l t i tude. E t a n t donn6 de

plus l ' int6r~t que pr6senterai t un satelli te radiom6-

tr ique, on a recherch6 une technique spatiale de cette construction.

L 'appare i l de mesure est un radiom6tre ~ compa-

raison, c 'est-~-dire un r6cepteur t r a i t an t un signal

incoh6rent qui est ici un bru i t thermique . On en

t rouvera une description compl6te dans un article

d4j~ paru [11].

m6thode d ' i t6rat ion pe rmet t ra i t de r6duire ce t te

impr4cision d 'or igine th6orique fl 0, si l 'on dispose de

sondages mult iples h des pressions diff6rentes.

3.3.2. Justification des approximations effec- tu~es.

L' in t6gra t ion effectu6e au w 3.2 n ' a 6t6 possible

qu 'en supposant les var ia t ions de temp6ra ture de

faible influence sur le facteur dc pond6ration. Cette

hypoth6se a 6t4 re tenuc en raison des faibles var iat ions

de la temp6ra ture devan t cellcs de la pression, 616ment

d ' int6grat ion. Un calcul comple t faisant in tervenir

des var ia t ions de temp6ra tnrc en fonciion de la pres-

sion suivant un mod / l e classique a effect ivemcnt

montr6 la validit6 de cet te premiSre approxima-

t ion [10].

La comparaison des r( 'sultats obtenus condui t 5

un 16ger d6calage en pression des couches cont r ibuant

le plus h la temp6ra turc de brillance mesurde (ce ddca-

lage, t radui t en distance, est de l 'ordre du kilom,'.tre).

La m6thode de mesure prdconisde a 6t6 rdalisde

grfice fl l 'u t i l isat ion d 'un ballon empor tan t un radio-

m6tre h haute alt i tude.

La nacelle du ballon pouvan t 6tre soumise h u n

mouvemen t pendulaire, en g6n6ral inf6rieur fl 10%

il fallait en d6terminer la r6percussion sur la mesure.

Un calcul a 4t6 effectu4 pour des angles au nadir

de 30 ~ et 60 ~ . Tradui t en distance, le m a x i m u m du

faeteur de pond6rat ion est d6plac6 respect ivement

de 500 m e t de 2 kin. Ce r6sultat justifie la simpli-

fication propos4e.

4.1. Prihcipe du fonc t ionnement .

La puissance de brui t capt6e par l ' an tenne est

compar6e ~ la radiance d 'un corps noir de r6f6rence

port6 ~ une temp6ra ture connue ; une telle m6thode

permet de s 'affranchir dans une certaine mesure des f luctuat ions de gain du r6cepteur. La t emp6ra tu re

de r6f6rence a 6t6 fix6e fl une valeur comprise vers

le milieu des temp6ra tures qui seront mesur6es, soit - - 25 ~ C.

La tension de sortie est proport ionncllc h la diff6-

fence des temp6ratures apparcnte dc l ' an tcnne et de

la source de r6f6rencc. On a pr6vu un syst6mc d '6talonnage. Pour cela,

on substi tue t empora i rement fl l ' an tenne une source

d '6talonnage, elle-m6me constitu6e par un corps

noir fl t emp6ra ture connue (la t emp6ra ture de cet te

derni6re est voisine de 0 ~ C).

Ces corps noirs sont constitu6s par des charges

soigneusement adapt6es, c 'est-h-dire se compor tan t

comme des absorbants parfaits. La mesure de leur

temp6ra ture est cffectu6e fl 0,3 ~ C p~'6s.

4.2. Caraet4ristiques du radiom~tre (Fig. 5).

On a expliqu6 pr6c6demment que si on re~oit

l '6nergie 6mise par l ' a tmosph6re ~ unc fr6quence

connue ~, diff6rente de la fr6quence de r6sonance

d 'une raie % , on peut en d6duire la t emp4ra ture

d 'une couche d 'a tmosph6re dont la pression est fonc-

tion de v. En choisissant plusieurs valeurs v - - v o ,

on effectuera des sondages fl des pressions diff6rentes.

Chaque fr6quence de r4ception n 'es t 6v idemment pas

- - 382

t. 24, ,,"~ 11-12, 1969j M~ESURES DE LA TEMPI~RATURE DE L~ATMOSPHERE

Antenn I �9 -'~

M,langeur ~ p r , a m p l i ~ _ _ ~ ~ D 6 t e c t i o n ~ Ampti Kelerenc[~'e ~--'I I - I I , ~ BF

f "~ Oscillateur Commutateu( [ ~ ) local

ferrite |

Oscillateur BF

3 canaux

Fro. 5. - - Sch6rna de prineipe du radiom~tre. On notera la possibilit6 de faire l '6 ta lonnage en subs t i tuan t /t l ' an tenne une impedance de temp6ra ture connue appel6e ici ~ 6talonnage ~,. L 'enregis t reur n 'es t pas dessin6, il est plac6 apr~s la constante de temps.

6/11

une fr6quence pure, car l '6nergie revue serait nulle. On parlera donc de frSquence centrale et de bande passante. Signalons ici qu'i l y a un compromis h t rouver entre les bandes passantes larges cap tan t beaucoup d'dnergie, mais dans lesquelles y u'est pas constant , et les bandes 6troites.

L'oseillateur local h la fr6quence de la raie 7% soit 59,1642 GHz, et les canaux au hombre de 9 ont les earaet6ristiques dn Tableau I.

TABLEAU I

~o

du canal

Ecar t de fr6qu. V - - V 0

MHz)

Alt i tudes Press. s tandard

de sondagel corresp.

(en mb) ! (et(l*)km)

10 .1,3 37 15 6,5 34 25 ,u 31 4o 17 28 50 24 26,5 75 29 2,I

llO 42 21,5 150 59 19,5 2O0 77 17,5

Bandes pass. Prbcis.

(MHz) (en oC) J i

5 4,5 5 4,5

10 3,2 10 3,2 10 3,2 20 2,2 20 2,2 30 1,8 30 1,3

(*) Alt i tudes approchdes ~ (1,5 km pr5s.

L'oscillateur local a 6t6 r6alis~ au moyen d 'une source dite <~ ~ 6tat solide ~> comprenant :

- - u n oscillateur ~ quartz h 102,718 MHz d 'une stabilit6 > 10 - 5 ;

- - une chalue de mult ipl icateurs et d 'amplif icateurs fournissant une puissance de quelques milliwatts la fr6quence d'h6t6rodynage.

Pour certaines raisons techniques conduisant /~ une meJ!leure se_n_sibilit6, les fr~quences centrales des

diff6rents canaux sont les m~mes que l '6cart de fr6quence v - - % , dans les r~sultats exp6rimentaux, on d~signera le canal par cette valeur.

Ces neuf canaux sont constitu~s par les amplifica- teurs ~ fr6quence interm~diaire remplissant le r61e

de filtres actifs.

Un dispositif de d6tection synchrone permet la raise en application du priucipe dc comparaison

signal6.

Enfin, une constante de temps ~lev6e (5 minutes) permet grfice 5 l ' in t fgra t ion en temps d 'obteni r la sensibilit6 requise.

L '6valuat ion des diff6rentes erreurs de mesure

possibles, montre que la prScision avec laquelle est effectu6e la mesure de la puissance moyenne revue est essentiellement li6e au caract~re al6atoire du signal trait6 ; elle d6peud douc directement de l '6cart qua- drat ique moyen, lui-m~me fonction de la bande

passante apr~s d~tection (1/300 Hz), de la temp6ra ture de brui t du r@epteur (15 000 o K) et de la bande pas- sante avan t d6tection B (5 h 30 MHz suivant le canal).

L '@ar t maximal de temp6rature d~celable figure darts le tableau I.

4 . 3 . D i s p o s i t i f s p a r t i c u l i e r s .

- - U n m61ange eau-glace permet la stabil isat ion de la temp6rature de fonct ionnement et fixe la tempe- rature de la source d'dtalonnage. En cours de vol, cette temp6rature est enregistr6e.

- - La tempdrature de r~f6rence est constitu6e par une charge adapt6e enferm6e au toma t iquemen t au cours de l 'ascension du ballon clans une enceinte thermostable. La fermeture de cette eneeinte est f a r e

la temp6rature de - - 25 ~ C et la valeur de cette t empera ture r6f6rence est enregistr6e en permanence.

- - Les op6rations n6cessaires pour effectuer l '~ta-

lonnage en vol sont obtenues h part ir d ' un programme pr66tabli en fonction du temps et de l ' a l t i tude du ballon.

- - Les signaux sont t radui ts sur un enregistreur de bord.

383 - -

7/1i - - L e s d i f f6 ren t s c a n a u x de m e s u r e s o n t r ep6r6s

au m o y e n d ' i m p u l s i o n s b r ~ v e s d~cal6es d a n s le t e m p s

e t supe rpos6es a u s igna l re~u.

- - L a t e c h n i q u e u t i l i s6e p o u r la r 6 a l i s a t i o n de

l ' a p p a r e i l e s t auss i v o i s i n e q u e poss ib l e de la t e c h n o -

logie s a t e l l i t e ; b i e n q u ' i l s ' ag i s se d ' u n e m a q u e t t e

e x p 6 r i m e n t a l e , la m i n i a t u r i s a t i o n des d i f f6 ren t s 61d-

m e n t s a. f a i r l ' o b j e t d ' u n e a t t e n t i o n pa r t i cu l i~ re ,

f igure 6. A ins i le b i l a n de p o i d s d u m a t 6 r i e l se d6com-

pose de la f a~on s u i v a n t e :

m a t 6 r i e l 61ec t ron ique . . . . . . . . . . . . . 13 kg

- - e n c e i n t e e t s u p p o r t . . . . . . . . . . . . . . 11

- - m61ange ca lo r i f i que . . . . . . . . . . . . . . 8

b a t t e r i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

- - s y s t ~ m e a m o r t i s s e u r de c h u t e . . . . . 10

T o t a l : 50 k g

L e b i l a n de la p u i s s a n c e c o n s o m r n 6 e se d6com-

pose a ins i :

- - o s c i l l a t e u r loca l (y c o m p r i s la s t a b i -

l i s a t i o n de t e n s i o n ) . . . . . . . . . . . . . . 20 W

a m p l i f i c a t e u r s e t c i r cu i t s (9 c a n a u x ) 15

- - e n r e g i s t r e u r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

T o t a l : 40 W

- - Les r 6 s u l t a t s de m e s u r e s s o n t p r 6 s e n t 6 s c o m m e

su r la f igure 7.

P. MISME ET A. ROBERT [ANNALES DES T]~L~COMMUNICATIONS

de m e s u r e s d a n s u n o rd re qu i u ' e s t p a s f o r c ~ m e n t

c h r o n o l o g i q u e .

5 . I : ~ S U L T A T S E X P I ~ , F t I M E N T A U X

O n a ef fec tu6 de n o m b r e u x vols , les u n s h c a r a c t 6 r e

t e c h n i q u e p o u r v6r i f i e r le b o n f o n c t i o n n e m e n t de

c e r t a i n e s p a r t i e s d u r a d i o m 6 t r e , les a u t r e s h b u t

s c i en t i f ique . O n a n a l y s e r a m a i n t e n a n t ces r d s u l t a t s

FIG. 6. - - Vue du radiom~tre sans le capot. On volt en dessous le cornet li6 h l ' an tenne (invisible). L'enregistreur et les batteries sont situ6s dans la b o r e

qui est sur la part ie sup~rieure du radiom~tre.

FIG. 7. - - Exemple d'enregistrement. L'enregistreur est un ensemble de galvanom~tres dont les spots lumineux v iennent impressionner un papier photographique. (Ce type d'enregistreur peut subir de fortes acc~16rations e t a une constante de temps de l 'ordre de 1[I0 de seconde). Les deux trai ts vert icaux s~parent un intervalle de 1 minute

situ6 ~ la fin de la constante d'int~gration de 5 minutes. 1, 2, 3 : Mesure de temperature correspondant ~ 3 canaux r~pertori~s par ]a

position de l ' impulsion situ~e en fin d'enregistrement. 4 : Temperature de corps noir de r~f~rence voisine de - - 2 5 0 C. 5 : Temperature du m~lange eau-glace h proximit~ de la source d'~talonnage. 6 : Origine des ordonn~es. 7 : Impulsion permet tan t le rep~re des groupes de canaux. 8 : I n d i c a t i o n t e c h n i q u e permet tan t de v6rifiex le fonctionnement e n , mesure

o u t 6 t a l o n n a g e ,.

384

t. 24, n ~ i1 -12 , 1969]

5.1. Fonotionnement du radiom~tre pendant la phase de mont6e du ballon.

MESURES DE LA TEMPERATURE D E L ATMOSPHERR

On a vu, dans les ehapitres precedents, qu ' i l ~tait difficile de d~terminer th~or iquement l ' a l t i tude mini- male h laquelle le radiombtre pourrai t mesurer les temperatures de l 'air. Au cours de l 'ascension, chaque

canal de mesure indique ]a tempera ture ambian te r an t que la pression est sup~rieure h celle correspon- dan t h la diff6rence de fr~quence v - - v o , puis, lorsque le radiom~tre est situ6 h une pression inf6rieure, l ' a l t i tude de l 'apparei l n ' a plus d ' importance. On a pu v~rifier le bien-fond~ de ce r6sultat th~orique par le vol du 5 d~cembre 1968.

5.1.1. Mdthode expdrimentale.

On a supprim~ l '~talonnage de l 'apparei l en vol et

compard les r~sultats radiom~triques fi ceux obtenus par des radiosondages classiques. Pour ~viter toutc correction de radia t ion sur les thermom~tres des radiosondes, le vol a eu lieu de nui t . U n ensemble de 5 radiosondages a ~t~ effectu6 pour entourer dans le temps et l 'espace la mesure radiomdtrique.

La suppression de l '~talonnage pendan t le vol ~tait n~cessaire pour que la totali t~ du temps de l 'ascension soit consacr~e h des mesures de tempera- ture. Cependant , il est possible ct mEme plus ais6 de faire cet ~talonnage avan t le vol, en ut i l isaut la diffe-

rence &envi ron 200 qui existait h cette ~poque entre le laboratoire et l 'ext~rieur.

5.1.2. Rdsultats obtenus.

Les radiosondages effectu~s donnen t des profils de t empera ture ~gaux ~ 1 ou 2 ~ pros, ce qui est l 'erreur admissible et, de plus, ils n ' i nd iquen t aucune var ia t ion pendan t la p~riode de 12 h qu'i ls encadrent . Sur la figure 8, on a repr6sent~ la coupe de tempera ture et les mesures obtenues par radiom~trie. Quelques com- mentaires sont ndcessaires car trois zones distinctes sont visibles sur cette figure.

Entre 500 el 100 mbars .

La temp6ra ture mesur6e est supdrieure ~ celle de l 'atmosph6re, ou, sous une autre forme, elle est 6gale

celle qui r6gne environ 1 500 m plus bas. C'est, de fait, cette deuxi6me explication qui rend le mieux compte du phdnom~ne physique. E n effet, on a vu que lorsque le radiom6tre op~re ~ une pressiou sup6- rieure ~ celle pr6vue pour son fonct ionnement , la temp6ra ture indiqu6e par l 'apparei l correspond une temp6rature moyenne dans les quelques centaines de m~tres au-dessous. Le calcul pr6cis n 'es t pas ais6. De plus, on rappelle que le temps d ' in t6grat ion du radiom~tre est de 5 minutes, et que la mesure est

f a r e h la fin de cette p6riode de 5 minutes. P e nda n t cette int6gration, le radiom~tre s'est 61ev6 de 1 700 m.

Tout se passe donc comme si on mesurai t la tempe- rature moyenne d 'une couchc de 1 700 m d'6paisseur, ou en adme t t an t un gradient de temp6rature constant , comme si le point de mesure 6tait situ6 850 m plus bas que le radiom~tre.

On voit donc que le d~calage en alt i tude, compte tenu de l 'ascension du ballon et de l '~paisseur d 'a tmo- sphere mesur~e, est explicable et que l 'ordre de grandeur 6valu~ th6or iquement est bien v~rifi~ ex- p~rimentalement .

Entre 100 et 20 mbars.

Les temperatures indiqu~es par les diff~rents eanaux sont voisines. Elles correspondent ~ la tempS- ra ture de l 'atmosph~re. On a indiqu6 sur la figure l 'a l t i tude th~orique de sondage. La quasi constance du gradient de tempera ture donne une faible v6rifi- cation de ces alti tudes. Cependant, on peut avoir une indicat ion plus pr6eise en p renan t un grand hombre de points ee qui d iminue l 'erreur de mesure. E n effet les points eorrespondant aux pressions th~oriques de

sondages des eanaux 40, 150 et 200 sont aux m~mes temperatures , et ceux eorrespondant aux canaux

50, 75 et 110 sont /i des temperatures fa iblement diff6rentes des pr6c~dentes. Ceci est bien v~rifi~ et mis en ~vidence sur la figure 8.

Canaux 50 -75-110 -~ FCanaux 40-150-200

g ~

8

, <

5

7

10

20

40

75

110

150

200

,, J I l

- 80 - 60

50

70

100

-40 , _ ~ _

- 20

p(mbar) 3

200

300

5O0

__ , 1 700 0

T(~

FIo. 8. ~ Exemple de mesure de temp6rature fi la sortie du radiom~tre.

En lrait plein, coupe de temperature obtenue par radio- sondage (T r~elle).

En tirets, mesures fournies par le radiombtre (T mesur~e). On a indiqu~ de plus l'altitude th6orique de la couche d'air dont on mesure la temp6rature quelle que soit I'altitude du

ballon au-dessus de cette eouche. On notera que eette temp6rature est bien constante quelle

que sott la temperature ambiante.

- - 385 - -

9/11 Entre 90 et 3 mbars.

Le radiom~tre est au-dessus des prcssions th~oriques

de sondage. Son al t i tude n'influe en rien sur la valeur

de la t emp6ra ture mesur6e. On v6rifie alors la cons-

tance des mesurcs. Tout sc passe comme si ces mesures

6taient faites /~ une a l t i tude tr~s ~lev6e, par exemple

en satellite.

En r6sum6, on pourra i t eonsid6rer que ce vol /t lui

seul appor te les v~rifications dent on avai t besoin

pour g6n6raliser ce type de mesure.

Tous ces r~sultats eonf i rment les hypotheses sim-

plificatrices admises au cours des ealculs, et en parti-

culier l ' inuti l i t6 de tenir eompte de l '6mission propre

de la Terre. De plus, on a adopt6 pour la forme de

rates, celle calcul6e par Lorentz et den t certains

t r a v a u x de laboratoire r6cents ont montr6 quelques

inexact i tudes. A la pr6cision des mesures, soit de :t: 1 o

:i: 2 o (suivant le canal de mesure), la forme de

Lorentz est pa r fa i t ement acceptable.

5 .2 . P h a s e de p l a f o n n e m e n t du b a l l o n .

Une longue durdc fie p lafonnement a 6td obtenue

lors du x, ol du 6 f~vrier 1968 effectu~ h 11 00 TU.

5.2.1. M~thode exp~rimentale.

On disposait de radiosondagcs effeetu6s b. la m~me

heure /~ Bordeaux, Aire-sur-Adour, Nimes et, de plus,

du r6seau g6n~ral de radiosondage de routine permet-

ta i t de tracer une coupe de t empera tu re de l ' a tmo-

sphere et sou ~volution.

Une d~faillance en vol d 'unc part ie de l 'dtalonnage

du radiom'Stre u 'a pas permis d 'obteni r d i rec tement

les valeurs absolues des temp6ratures. Cependant le

radiosondage d 'Aire sur-Adour a permis de fixer la

valeur d 'un point de mesure du radiom~tre, et ainsi

de recaler les valeurs relat ives mesur~es.

En effet, la radiosonde m~t6orologique a suivi un

t ra je t ascensionnel voisin de celui de l 'appareil lage,

ee qui a permis de fixer le z~ro arbi t raire ~ - - 510 C

du canal correspondant au sondagc i~ 77 mb (tempd- rature de la radiosonde pour cet te pression). Cette

operation a pour but exclusif de fo~:rnir une origine

des ordonn~es aux r~sultats obtenus.

5.2.2. R~sultats obtenus.

La figure 9 indique la courbe relev~e par la radio

sonde d 'une par t et par le radiom6tre, en dfibut de

plafond, d ' au t re part . L 'er reur port~e sur cet te figure

correspond '~ la sensibilit~ de l 'appareil .

I1 est agrd-able de noter la similitude des gradients

de tempera ture dans les deux cas.

La figure 10 indique l '~volution des temp~ratures

mesur~es par le radiom~tre au cours du temps, pen-

dant l e v o l horizontal.

Pendan t plus d 'une heure le radiom~tre a plafonn6

vers 38 km en se dir igeant en ligne droite de Toulouse

h Manosque. Au cours de ce vol, on a obtenu les tem-

pSratures des couches sous-jacentes que l 'on va

comparer h la coupe de t empera tu re ~tablie h part i r

des radiosondages.

P . M I S M E E T A . R O B E R T [ANNALES DES ~EL~COMI~IUI~ICATIO.~S

20 - - ____

18

16 : i / ............... : . . . . . . . . . . . _ - _ _ _ : _ _ L

15 ] ' I - 54 - 52 - 50 - 48 - 46 - 44 - 42 - 40

T(~

FzG. 9. - - E tude du gradient de temp6rature pendant un vo] plafonnement. Le ballon est h 38 km environ.

Les 6 traits horizontaux repr6sentent les mesures faites par radiom6trie avec 6 canaux diff6rents compte tenu de l'erreur de mesure. Le trait plein est la temp6rature obtenue

par radiosondage.

A ce sujet on dolt remarquer que, en m~t6orologie,

l 'usage veut que les tempera tures de radiosondage

soient utilis~es comme si elles ~taient obtenues ~ la

vert icale du point de lancement des ballons. Dans

le cas qui nous int6resse, ces ballons ayan t ~t~ larguSs

/~ la m~me heure que celui empor tan t le radiom~tre

et ayan t a t te int des al t i tudes de m~me ordre, on doit

tenir compte de la t ransla t ion due au ven t ; t ransla t ion

bien eonnue dans notre cas puisque le radiom~tre

~tait cont inuel lement suivi par radar.

On a pu ainsi t racer une coupe des temp6ratures

en fonction des pressions (*) et la eomparer /t celle

obtenue par le radiom~tre. La t ranslat ion a 6t~ effec-

tu~e ui t~rieurement pour tenir compte des vert icales exactes des points de mesures.

Les r~sultats sent indiqu~s sur la figure 10. Le

manque de renseignements synoptiques du r~seau de

radiosondages n 'a pas permis de completer cet te coupe

au-dessus de 50 mb. On re t rouve 1~ Fun des inconv~- nients systSmatiques de ce type de mesure.

De plus, les services m~t~orologiques a d m e t t e n t

une cgrreetion de radia t ion sur les thermom~tres de

l 'ordre de - - 2 o, cet te correction n 'a pas dt~ appliquSe

l '~talonnage dent on a parld ci-dessus. Compte tenu

des impr6cisions de ces diff6rentes origines, on peut

constater qu ' i l y a similitude quasi parfai te entre

les deux m~thodes de mesures.

On dolt a jouter que, pour la par t ie situ6e h l 'est de

Toulouse, le ballon empor tan t le radiom~tre n ' ava i t

(*) Ce travail a 6t6 effectu6 par la M6t6orologie nationale l'aide des radiosondages de routine (Bordeaux et Nimes)

et du radiosondage sp6cial de Aire-sur-Adour. A l'est de Nimes, la coupe est douteuse par suite du manque de ren- seignements.

- - 3 8 6 - -

t . 2 4 , n ~ li-12, i969] MESURES DE LA TEMPI~RATURE DE L'ATMOSPH~RE 10/11

FIo. 10. - - Coupe de t e m p 6 r a t u r e ob tenue p e n d a n t un vol p l a f o n n e m e n t le 6 fdvrier 1968 A 12 00 TU. Le bal lon es t ~ 38 k m de hau t .

- - - coupe 6tablie /~ pa r t i e des rad iosondages . - - coupe 6tablie h par t i r du radiom~tre . E n ordonnde, les pressions. E n abscisse, les rep~res g~ographiques .

Remarque : Cette coupe est fai te dans un p lan ver t ical s ens ib l emen t ouest-est .

p a s e n c o r e a t t e i n t s o n a l t i t u d e de p l a f o n n e m e n t , m a i s

q u e n o u s s a v o n s q u e s e s m e s u r e s s o n t n ~ a n m o i n s

r e p r 6 s e n t a t i v e s a i n s i q u ' o n l ' a m o n t r 6 d a n s les c h a p i t r e s

p r 6 e ~ d e n t s . C e t t e r e m a r q u e e x p l i q u e l a f a i b l e d i f f , -

r e n c e q u i e x i s t e e n t r e l a p u b l i c a t i o n p a r t i e l l e d e s

r ~ s u l t a t s de ee x'ol [12] e t l es r ~ s u l t a t s d e l a f i g u r e 10.

L a f i g u r e 11 m o n t r e l ' a p p a r e i l a u e o u r s d e s o n

t r a n s p o r t s u r l ' a i r e de l a n e e m e n t .

Fro. 11. - - T r a n s p o r t de l 'apparei l sur l 'aire de lancemeHt pour un vol de nui t . On r e m a r q u e que le radiond~tre r ecouver t d ' u u ma td r i au isolanL est ~h l ' in tdr ieur d ' u n bfiti p r~vu pour arnort ir la chute . La eroix noire qui es;t visible sur le rad iom~tre est un

s imple rep+re utile au tou r s de la f e rmeture du eapot.

- - 3 8 7 - -

5 .3 . E t a l o n n a g e on vo l .

Un vol special technique qui a eu lieu le ler f6vrier 1968 ~ 21 00 TU a permis en outre de v6rifier la possibilit~ d '6talonnage en vol de l 'appareil.

On a pu ainsi ~tudier le compor tement des gains, des diff6rents canaux dans les conditions particuli~res de fonct ionnement en altitude. II a 6t6 ainsi possible de v6rifier que la precision d '6talonnage 6tait 6gale h la pr6cision de mesure d~termin6e en laboratoire. Cela signifie qu 'aucune variat ion sensible de gain n ' a affect6 le bon fonct ionnement de l 'appareil.

La dynamique de l 'enregistrement est comprise entre 75 et 85 o, suivant le canal considerS.

6. C O N C L U S I O N

Le radiom~tre que l'on a utilis& ~tait un pro to type et de fait ne saurait avoir at teint les qualit~s de fiabilit6 que l 'on peut exiger d 'un appareil d6j~t exp6riment6. Cependant les v~rifications qu'il a permis de r6aliser mont ren t que le principe de la mesure radiom6trique est applicable, et que les performances que l 'on doit at tendre de ce type de mesure seront aussi bonnes que celles obtenues par les radiosondages classiques dans la zone d 'a tmosph~re de pression inf~rieure i~ 100 mb.

REMEnCIEMENTS.

CeUe ~!lude n'a ~td possible que grdce au concours [inancier de nombreux organismes. On doll remercier particulidremenl la Direction gdndraIe de la recherche scientifique et technique, la Direction des recherches et moyens d'essais. De plus, le Centre national d'~ludes spatiales a assur~ par l'inlermddiaire de son centre de

Aire-sur-Adour la totalitd des vols de ballons, la Mdtdo- rologie nationale a prdld le concours de son personnel et a rdalisd l'exdculion de nombreux radiosondages

spdciaux. Le Centre national d'dtudes des tdldcommuni-

calions a dirigd celte dtude el la Compagnie gdndrale de ldldgraphie sans fil y a particip~ au-deld des conven- tions qui l'onl tide d l 'Administralion.

Manuscri t re~u le 24 ]uin 1969.

P. MISME ET A. ROBERT ANNALES I)E~ TI":L('ZCOMMUNICAT|ONS

BIBLIOGRAPHIE

[ i ] VAN VLECK (J. H.). Absorption of microwaves by oxygen (Absorption des microondes par l'oxyg~ne). Phys. Rev., U.S.A. (1947), 71, p. 413.

[2] TOWNES (C. H.), SCnAWLOW (A. L.). Microwave spectroscopy (Spectroscopie micro-onde). McGraw- Hill (1955), New-York, 698 p.

[3] ROBERt (A.). Etude des ph6nombnes d'elargissement des rates spectrales. Echo des Becherches (1963), 43, pp. 3-21.

[4] M~EKS (M. L.), LILLEY (A. E.). The microwave spectrum of oxygen in the earth's atmosphere (Le spectre micro-onde de l'oxygbne dans l'atmosphbre terrestre). J. Geophys. Bes. (1963), 6, 68, p. 1683.

[5] LBNmR (W. B.), BARRETT (J. W.), PAPA (D. C.). Observations of microwave emission by molecular oxygen in the stratosphere (Observations de l'6mission micro-onde de l'oxyg~ne mol6culaire dans la strato- sphere). J. Geophys. Bes., U.S.A. (1968), 73, $, pp. 1119-1126.

[6] GAUTIER (D.), ROBERT (A.). Calcul du coefficient d'absorption des ondes millim~triques dans l'oxyg6ne moldculaire en prdsence d'un champ magndtique faible. Application /~ ]'absorption par l'atmosph6re terrestre. Ann. Gdophys., Ft. (196t,), 20, 4, pp. 480- 498.

[7] GALATRY (L.), ROBERT (A.). Calcul du spectre d'ab- sorption de l'oxyg~ne atmosphdrique en fonetion de l'altitude dans le domaine millim6trique. Planet Space Sc., U.S.A. (i963), 11, t0, pp. 1139-1150.

[8] SHKLOVS~Y (I. S.). Cosmic radiowaves (ondes cos- miques) (Trad. parRodman ([~. B.) et Varsavsky (C. M.)). Harvard Univ. Press., N.Y. (1966).

[9] GAUTIE• (D.). Influence du champ magn6tique ter- restre sur le transfert du rayonnement millim~trique dans l'oxyg~ne mol~culaire de l'atmosph~re. Ann. Gdophgs. (Fr.) (1967), 23, 4, pp. 535-568.

[10] ROBERT (A.). Mesure des temperatures de la strato- sphere par radiomdtrie de l'oxyg~ne mol6culaire (1969). ThOse, Paris.

I l l I ROBEBT (A.), CHARWER (It.). Radiom~tre micro-onde de radiom~t~orologie. Ann. Badiodlec., Fr. (1968), 93, 23, pp. 189-199.

[12] MISME (P.), ROBERT (A.). Mesure de temp6rature de l'atmosph~re par radiom6trie en ondes millim~- triques. C. It. Ac. Set., Fr., part B (1968), 266, pp. 1434-1436.

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