Towards an improved European Infrastructure for reactive trace gas monitoring within ACTRIS
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ACTRIS-FRRéunionAnnuelleParis,25-26Septembre2017
Point«ACTRISCentralFacili4es»
25/0910h45–11h45
M.Haeffelin(IPSL),P.Goloub(LOA),O.Favez(INERIS),V.Gros(LSCE),J-C.Dupont(IPSL),S.Sauvage(IMT),N.Papineau(IPSL)
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JournéesACTRIS-FR,Paris,25-26Septembre2017
CFACTRIS-FR:DEFINITIONANDROLE
ACTRISCFs§ representthekeyopera-veen--esofthisResearchInfrastructure§ haveafundamentalroleastheyprovide
§ servicestotheusersaccordingtotheACTRISaccesspolicy§ opera-onsupporttotheNa-onalFacili-es(NFs).
§ CFsareoperatedattheEuropeanlevelandarepartofthegovernanceanddecisionmakingstructureoftheRI.
§ EachCFmayhaveseveralopera-onalunits.
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JournéesACTRIS-FR,Paris,25-26Septembre2017
CFACTRIS-FR:DEFINITIONANDROLE
ACTRISTopicalCentres(TCs)a) proceduresandtoolsforqualityassuranceandqualitycontrolof
ACTRISmeasurementsanddata,b) transferofknowledgeandtrainingtoACTRISoperatorsandusers,c) improvementsofmeasurementmethodologiesforaerosols,
clouds,andreac-vetracegases.
§ AerosolRemoteSensingCentre,§ AerosolInSituCentre,§ CloudRemoteSensingCentre,§ CloudInSituCentre,§ Reac-veTraceGasesRemoteSensingCentre,§ Reac-veTraceGasesInSituCentre.
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JournéesACTRIS-FR,Paris,25-26Septembre2017
CFACTRIS-FR:DEFINITIONANDROLE
ACTRISDataCentre(DC):DCcoordinatesandensureslong-termarchivingandaccesstoACTRIS§ measurementdataand§ value-addedproducts,§ advancedtoolsfordatavisualiza-on,evalua-on,andanalysis.TheDCalsoprovideshigher-leveldataproductstowardsspecificusercommuni-es.
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JournéesACTRIS-FR,Paris,25-26Septembre2017
CFACTRIS-FR:RELATIONSTC–NF–DCTâchesconcernantlesmesuresetlesdonnées
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JournéesACTRIS-FR,Paris,25-26Septembre2017ACTRIS PPP WP4 meeting Oslo, Norway – 15 June 2017
Steps
Baseline document
CF template
CF concepts
Estimation of needs
for operational
support
Estimation of needs
for services
Estimation of capacity
Estimation of costs
Strategy
How many NFs?
What is a NF?
How many users?
Requirements Ä
Selection Ä
Operation
General
Specific CFACTRIS-FR:ETAPES
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CENTERFORAEROSOLREMOTESENSING
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JournéesACTRIS-FR,Paris,25-26Septembre2017
CenterforAerosolRemoteSensing(CARS)
• Théma4quescien4fiquecouverteparleCFü Propriétésop-quesetmicrophysiquesdesaérosolsdepuislasurfacepar-télédétec-onpassive(photomètreCIMEL)-colonneatmosphérique--télédétec-onac-ve(LiDARAérosol(*))depuislasurface(surface->tropopause,voireau-delà)ü Synergie.
(*)ACTRIS/EARLINET:Mul--longueurd’onde,Raman,…(Lille,Palaiseau,Clermont,LaRéunion)+LiDARAérosolbassepuissance+Ceilomètre).
• Europe:fusionrécente(2017)entreColonneetProfile(Pourmémoire,enFrance,lafusiondanslecadreSOEREORAURE,dés2012,puisACTRIS-FR(GTAérosol-3D,PI.P.Goloub))
• Exper4sefrançaise(LOA,PIP.Goloub)ü Propriétésintégréessurlacolonneatmosphérique(SNOPHOTONS/AERONET)
ü Contribu-onfrançaise/Européenneauréseauinterna-onalAERONET(NASA)ü Centred’«Etalonnage»(CC)na-onaleteuropéenü Développementsinstrumentaux(photométriemobile,polarimétrie,…)ü Développementsalgorithmiques(ex:GRASP/GARRLIC…),photomètreetLiDAR
ü Partenariatsindustriels(CIMEL,TENUM,…,voirdossier«SuccessStory»,surlesiteduministère)
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CenterforAerosolRemoteSensing(CARS)
• Structura4oneuropéenneü Colonne:AERONET-EuropeCC(France(Leader),Espagne),3nœuds(enréalité4)Leader:CNRS/U.LilleLOA(Lille+MF).Partenaires:UVA(Valladolid)+AEMET(IzanaObs.,Ténérife).ü Profile:LiCALCC(Roumanie(INOE),Allemagne(LMU),Italie(CNR)),3nœuds(4emeagendupourlesCeilomètres,DWD).
• Structura4onna4onaleactuelleCF(LOA,MF) LOA(Lille) :ges-onréseau(surveillanceNRT),étalonnage(*),maintenance,forma-on,QC,QA,Dataprocessing(*)-Etalonnageenlaboratoiredesinstrumentsdeterrain,-Etalonnagedesinstrumentsdeterraininter-étalonnéssurlesitedeCarpentras - Ges-onetétalonnagedesinstrumentsderéférencehébergésparAEMET(resp.LOA)pourlesnœudsFrançaisetEspagnolsRôledeMF:hébergementdusited’étalonnagesolaire/lunaireparMFàCarpentras(**)(**) Changement de site hiver-printemps 2018 (Carpentras ferme), travail d’approche en cours pourréinstalla@onàl’OHP.
ü P
(référenceAOD)(Instr.Terrain,1/3)(Instr.Terrain2/3)
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CenterforAerosolRemoteSensing(CARS)
• U4lisateursdelaCF(aerosolcolonne)
ü Lessitessuscep-blesd’êtrelabélisésNF(DirectAccess.ExenFranceavecLille,Palaiseau,Clermont,LaRéunion,OHP,…)
ü U-lisateursexternes(accessrequested):(AERONET-EUROPE=30%d’AERONET)
Day$ Night$
! $
AOD$
$
Total$Sky$$
Radiance$
$
Polarized$Sky$
Radiance$
$
AOD$
$
Sites$
(2017)$
$
$
Sites$
(2045)$
$
$
GLOBA
L$
AERONET$
Federation$
(CIMEL)$
X!
!
X! X! X! 465!(*,**)!(1992)!
!
!
! !
SKYNET$
!(PREDE)!
X! X! 1! 1! 30!(2004)! ! !
GAW$
(PFR)!
X! 1! 1! 1! 15!(1994)! ! !
REGIONAL
$(China
)$
CARSNET$
(China)$!
(CIMEL)!
X! X! 1! 1! 50!(2005)! ! !
SONET$
(China)$
!(CIMEL)!
X! X! X! 1! 20!(2012)! ! !RE
GIONAL
$
(UK)$
METNOFFICE$
(CIMEL)!
X! X! X! 1! 10!(2013)! ! !
…! !! !! ! ! !! ! !
!
AerosolcolumnPrimaryData(Level1)obtainedfromsun/sky/moonphotometer.(*)160inEuropeandAfrica;(**)70canprovidenight@meAOD(50intheUSA,20inEurope).
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CenterforAerosolRemoteSensing(CARS)
• Statutdelacomposante«AerosolColumn»delaCFü CCopéra-onnel(SNO(1998),ACTRIS-1/ACTRIS-2)avecphotomètreCIMELCE318ü NRTProcessingLevel0->Level1opéra-onnel(branchesNASAetbrancheLOA)ü NRTprocessingLevel1->Level2opéra-onnel(brancheNASA,produitsAERONETStandards)ü NRT processing Level 1-> Level 2/3: paramètres à valeurs ajoutées (nouveaux et/ou via synergieColonne/Profiles):existentmaisencoursd’implémenta-onavecDataCenterAERIS/ICARE.
=>Leadershipfrançaissurlasynergiephotomètre/LiDAR
ü PartenariatindustrielavecCIMEL,leaderindustrielfrançaissurlaphotométriesolaire/lunaire,etbientôtmobile…
• Besoinsexprimés(colonne)ü Inves-ssementnécessaire(pland’inves-ssementsoumiséquipements/jouvence),140kE/an
ü BesoinRH(1AIàstabiliser((2017)+1IEàstabiliser(avantfinACTRIS-2(2019))+1CNAPauseinduSNOPHOTONS(désquepossible)
ü S’ouvriràdesu-lisateursayantd’autrestypesd’instruments(ex:spectromètrePandora(aérosols+gaztraces,…),inves-ssements2018(ESAetACTRIS-FR).Coûtd’unpandora=40-45kE.
ü Sou-enDC-AERISpourproduc-onparamètresàvaleurajoutée
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CenterforAerosolRemoteSensing(CARS)
• SynergiesentrelescomposantesdelaCF- Colonne:France(ges-onréseau+inter-étalonnage+resp.référence)etEspagne(Inter-étalonnage+sitederéférenceAOD).Redondancepar-elle.
• SynergiesavecleDataCenterü Miseenproduc-ondeGARRLIC/GRASP(2018/2019)ü Synergieavecsatellite(ex:GRASP)
-Colonne/Profile:Exper-sedeges-ond’unréseau(étalonnageetorganisa-on)peutbénéficieràLiCAL-SynergiesdesparamètresdeLevel1générésparAerosolcolonnesetprofilsQuelquesexemples:ü Dejour:InversionsimultanéedesAOD,luminance-photomètreetRCS-LiDAR(GARRLIC)ü Denuit:InversionstandardRamandenuit,aidéeparAODdenuit• SynergiesavecautresCFü Aerosolinsitu(compléterlesprofilsausol),….
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CENTERFORAEROSOLINSITUSENSING
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JournéesACTRIS-FR,Paris,25-26Septembre2017
ENJEUX
AerosolInSituCharacteriza4onCentre
q Centred’exper-seeuropéenpourlamesureinsitudespropriétésphysico-chimiquesdesaérosols.
q Inclutmesuresautoma-quesetdifférées(surfiltres)
q Forteexper-sefrançaisesurlamesurechimiqueentempsréelàl’aidedel’ACSM(AerosolChemicalSpecia@onMonitor,AerodyneResearchInc.)
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JournéesACTRIS-FR,Paris,25-26Septembre2017
STRUCTURE
WCCAPPropriétésphysiques
Allemagne(Tropos)
ACMCCChimie"Online"
France(CNRS+INERIS+CEA)
ERLAPChimie"Offline"CommissionEU
(JRC/IES)
?«Trèspe4tespar4cules»
Finlande(UHEL)
?Traceursorganiques
Allemagne(Tropos)
?Carbonesuienon
réfractaireSuisse(PSI)
AerosolInSituCharacteriza-onCentreUnitésopéra4onnelles:
Possiblesunitéssupplémentaires:
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JournéesACTRIS-FR,Paris,25-26Septembre2017
ACTIVITÉS
Principalesac4vitéspasséesdel’ACMCCpourACTRIS:Réalisa4onde2campagnesdecalibra4onsetd’intercomparaison
ACTRIS-1 (Nov.-Dec. 2013) 13 instruments, 10 pays
AMS partner
ACSM-ACTRIS stations
Mesurerobustedelacomposi@onchimiquedesaerosolssubmicroniquesCrennetal.&Fröhlichetal.,(AerosolMeas.Tech.,2015);Freneyetal.(inprep.)
100
80
60
40
20
0
NR
-PM
1 com
posi
tion
(%)
#1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 #10 #11 #12 #13
SO4 NH4 Chl NO3 Org
ACTRIS-2 (Mars-Avr. 2016) 21 instruments, 13 pays
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JournéesACTRIS-FR,Paris,25-26Septembre2017
UTILISATEURS
Servicesetu4lisateursdel’ACMCC(actueletàcourtterme)
ACSMwithinEUresearchsta4ons
Ac-vités:- Calibra-onsetintercomparaisons- Standardopera@ngprocedures&formaBonssurprotocolesQA/QC- Auditdesta4ons?- Interfacedevalida4ondedonnéesentempsquasi-réel- Evalua4ondenouvelletechnologie
CommunautéACTRISetCOLOSSAL
(env.30d’ici2020)
U-lisateurs:AgencesdesurveillancedelaQualitédel’Air
(France+autrepays?)Partenairesprivés(dontrecherchepartenariale)?
Ins4tutderecherchenon-EU(e.g.,Chine)?
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JournéesACTRIS-FR,Paris,25-26Septembre2017
BESOINSetEVOLUTIONS
BesoinsetPerspec4vesd’Evolu4onsdel’ACMCC
v Centrederéférencepourd’autresanalyseursencon-nudelacomposi-onchimiquedesaérosols(e.g.,chromatographieioniqueet/ouFluoXentempsréel)
v Invita-ondeWMO-GAWàdevenirWorldCalibra@onCentre(iln’existepasencoredestructuredecetypepourlamesurechimiqueentempsréel).
v Forcesetfaiblessesdel’ACMCC:
Compétencestechniquesetscien4fiques
Leadershipauseindela
communautéinterna4onale
Infrastructure(capacitéd’accueil,
équipements)
Ressourceshumaines
disponiblesàcestade
Soliditéduconsor4um
++ + +(ACSM)-(autresinst.)
-- ++(historique)-(structure
légaleàdéfinir)
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CENTERFORCLOUDREMOTESENSING
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ENJEUXETUTILISATEURS
15CloudRemoteSensingSta4ons(DCR,ALC,MWR)
SupportauxNa4onalFacili4es 30MWRSta4ons
+250ALCSta4ons15DWLSta4ons
Offredeservicepouru4lisateursexternes
§ Lesnuages��jouentunrôlemajeuredanslavariabilitéclima-queetmétéorologique§ Leurétudenécessitedecaractériserprocessusdecouchelimite,dedynamique
atmosphérique,&propriétésradia-ves,microphysiques,thermodynamiques,turbulentes§ LamesuredecesvariablesnécessitedessiteséquipésNF(radars,lidars,radiomètres)etun
centremul--exper-seCFensou-enpourassurerlaqualité
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STRUCTUREetCONTRIBUTEURSauCRCE
Unit1to4IPSL,TU-Dely,U.Köln,FMI
Fix&mobilereferenceinstruments
SoPs&QA
NFcer-fica-on
Retrievals&linktoDC
Training
SupporttoALCunit,Linkwithmanufacturers
CDR,MWR,DWLSiteseuropéenscontributeurs
Auniveaufrançais:ü Exper4seradaretlidar
automa4queü IPSL:pilotageservicesCRCE,
rela-onsHO/DC/NFACTRISü LATMOS:développeuret
exper-seradars(hard+soy)ü MODEM:fabricantduradar,
servicesauxu-lisateurs
§ REF:Mainteniretfairefonc-onneruninstrumentdereferencedanslesNFsetmobile;
§ SoP:Maitriserlesproceduresetmethodologiespourres-tuerlesprofilsdepropriétésnuageuses;
§ CAL:Proposerlesméthodesetl’infrastructurepourlacalibra-ondesradarsnuages
§ QA:Assurerlecontrôlequalitédesproduitsnuageuxetcalibra-on
§ NF:Cer-fierlesACTRISNF
§ Retrieval:Développerdesalgorithmsd’inversion,notammentpourlessynergiesinstrumentals(lienaveclesDataCenters)
§ Training:Organiserdessessionsdetravailpourletransfertdeconnaissanceverslesutlisateursinternesetend-users
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Ac4ons2017/2018Ac4ons2017/2018:
ü Développementstechniques(LATMOS,MODEM,IPSL)§ Testetfiabilisa-onposi-onneuretfiltrespourfonc-onnementsimultanédeplusieursradars§ Développementd’unradarderéférencemobile§ Planifica-ondel’infrastructured’accueil(SIRTA-2018)
ü CampagnesdemesuresEU(pilotageIPSL+EU)§ Evalua-ondeBASTAsurplusieurscibles:drône(Deflt),cible+mat(ACTRIS-FR17)§ Inter-comparaisonderadarsnuages(BASTA+RPG)
ü Défini-onduconceptduCRCE(pilotageIPSL)§ Novembre2017:CRCEworkshopàDelypendantleWP2ACTRIS-2§ Juin2018:SoumissionduCRCEàl’AOACTRIS-PPP§ Janvier2019:Débutdesac-onsCRCEàdesu-lisateursexternes
ü Personnels§ ThèsesCIFREavecMODEM§ Premièrethèse(F.Toledo,direc-onIPSL)débuteenNovembre2017
Posi@onneur Mat+CibleScanning
Bâ@mentSIRTA-2018Zonedédiéeàcalibra@onradar:mat/cible/containerdéporté/sallelabo
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JournéesACTRIS-FR,Paris,25-26Septembre2017
BilanAOACTRIS-FR2017…AOACTRIS-FR2018-2020
ACTRIS-FR:23+3k€
MODEM:150+35k€
CNRS:12k€
AIDEàl’inves4ssement2017 AchatMat+CibleSystèmedepilotagePosi@onneur
Développementd’unradarnuageBASTATransfertdetechnologieThèseCIFRE1.Dév.pmtalgo.
JouvenceBASTA-ref
!FutursbesoinsCo-financements/ACTRIS-FR:
EP,MODEM,ACTRIS-EU,CNES-TOSCA150k€
InfrastructureCRCESIRTA-2018ThèseCIFRE1&2,Campagne
35k€UpgradeHardandSod(radome,filtre,posi@onneur)Stage
2018MODEM,PIA3,CNES-
TOSCA150k€IEDév.pmtinstr.ThèseCIFRE1&2Missions
25k€UpgradeHardandSod,Stage
2019MODEM,PIA3,CNES-
TOSCA250k€RadarderéférenceCRCEThèseCIFRE2Campagnesmul@-labos/Infra
25k€UpgradeHardandSod,Stage
2020
Personnel:besoind’unETPpermanentConsommablesetmaintenanceses@mésà12k€/an
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CENTERFORTRACEGAZINSITUSENSING
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JournéesACTRIS-FR,Paris,25-26Septembre2017
CFACTRIS-FR
TopicalcenterforReac4veTraceGazinsitu
Paramètres(#37):COV{HCNM,COVO,COVB},NOx{NO,NO2}
Intérêtsscien4fiques:- Tendancestraceursanthropiques&biogéniques- Sourceappor-onment,évalua-oninventaires- Evalua-on&Entréemodèles- Capacitéoxydantedel’atmosphère,acidifica-on- PrécurseursOzone,AérosolOrganiqueSecondaire
Résolu4ontemporelle:4heures(bi-hebdo)àhorairecon-nue(NRTpourNOx)
U4lisateurspoten4elsdessupportsetservicesducentre• Internes:26sitesreportantdonnéesconformémentàACTRIS
+Eurochamps:chambresdesimula-on(besoinàdéfinir)+plateformesmobiles
• Externes:EMEP,GAW,AASQA(spécifique),.. SitesreportantdesmesuresgazréacBfsen2016suivant
processusACTRIS
CarteEUROCHAMPS
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JournéesACTRIS-FR,Paris,25-26Septembre2017
CFACTRIS-FR
RôlesØ Assurerlatraçabilitémétrologiquedesmesures(depuisétalonsprimaires)Ø Implémenta-onpourageindrelesobjec4fsdequalitéACTRISØ Développer/megre en place desméthodes demesures et de contrôle qualité
harmoniséesØ Evalua4onsindépendantesdessites(comparaisons,auditsdeperformances)Ø Processusdevalida4ondesdonnéesØ Support/Forma4ondesopérateurs
TopicalcenterforReac4veTraceGazinsitu
Centrethéma4queeuropéen=6unités
- OVOCs,BVOCs,NOx:SOPs&traceability- Evalua-on/comparaisonin-situ,audit- Support/forma-on- CQdesdonnées/Labellisa-on
~30%del’acBvitéducentreEU
Empa
Allemagne Allemagne AllemagneFinlande SuisseFrance
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JournéesACTRIS-FR,Paris,25-26Septembre2017
CFACTRIS-FR
q op4misa4on&Evalua4ondeméthodesOVOCs
ComparaisonmesuresstandardOVOCs,Sept2017
PTRMS,TD/GC/FIDon-line,DNPH/HPLCGuidelinespourobserva-ons,Méthodesd’étalonnageTests/valida4onPrimarystandardIMT,VSL,DWDGAWVOCexpertmee4ng(Boulder,May2017)
q DéveloppementméthodesBiogenicVOCs+20BVOCs(Isop,Monoterpenes,..)
ChromatogrammeBVOCsTD/GC/FIDenligne
q SidebysideIntercomparison(par4cipa4onIMTLD)VOCsPTRM-MSCabauw(Sept2017)BVOCs,OVOCsHohenpeissenberg(July2018)
q Redac4onGuidelinesPTR-MS+mesureHCNM
q Datareviewprocess:evalua4ondesincer4tudes
q Comparaisonin-situNox(etO3)surlessitesFrCO-PDD,SIRTA
0
5
10
15
20
25
30
35
0 100 200 300 400 500 600 700
pptv
Concentration(pptv)
HPB-Benzene
Uncertainty
Precision
DQOuncertainty
DQOrepetability
q Anima4onGTGazACTRIS-FR
EvaluaBondesincerBtudesCOVreportées
TopicalcenterforReac@veTraceGazinsituAc4vité
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JournéesACTRIS-FR,Paris,25-26Septembre2017
CFACTRIS-FR
Calendrier Oct2017:BaselinedocumentpourlesCentralFacili-es….Valida-onparleI.A.C.
Dec2017:LivraisonConceptducentrethéma4queEU(àcejour75%finalisé)2018:applica4on/sélec4on-Inves4ssement–con-nuitédessupportsauxNFsFrance>2019–2025:implémenta4onðPhasePré-opéra4onnelle
TopicalcenterforReac@veTraceGazinsitu
2018• Analyseursspécifiques(PTRMS,CRDS,GC)• Préleveurautoma-que(COV)• Aménagementslaboratoires
395k€/30k€
2019• Etalonsderéférence• Unitédecalibra-onPTRMS
30k€/30k€
2020• Analyseurspécifique
30k€/30k€
Personnel:vers1,5à2ETP!Besoin1IngénieurdeRecherchepermanent
InvesBssem
ents
Consommables,Maintenance,logis-que,missions…es-mésà20k€/an
FutursbesoinsCo-financements/ACTRIS-FR:
Sourcesdeco-financements:Invest.FondPropreIMT;PIA3,…..
Fonct.
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ACTRISDATACENTER
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JournéesACTRIS-FR,Paris,25-26Septembre2017
ThefutureACTRISDataCentre
• ACTRISdatacentrewillbeafederatedDataCentrebutauniquebody- auniqueen-tyfortheexternalsusers
• Internallywewillbeorganizedinto“nodes”foradop4ngspecificsolu4onsreplyingtothedifferentneedsoftheACTRISobserva4onalcomponents• Manyandstronglinksbetweenthenodes
Cloudremotesensingdataservices
Aerosolremotesensingdataservices
Atmosphericsimula4on
chamberdataservices
Insituaerosolandtracegasdataservices
ACTRISDataAccess
andservices
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JournéesACTRIS-FR,Paris,25-26Septembre2017
AERISDANSACTRISRI
§ AERISviaAERONET,GAARLIC,Visualisa4onandco-loca4ontools• AERISdansNFinsitumaisAERISvadeplusplusêtreimpliquédansles
traitements«systéma4quesdesfilièresd’observa4onsetégalementavecdenouveauxou4ls
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ACTRISDATACENTER
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ACTRISDATAANDSERVICES
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JournéesACTRIS-FR,Paris,25-26Septembre2017
AERISContribu4onauDATAcenter
• AERISviaAERONET,GAARLIC,intégrédansnodeAerosols• AERIS:leaderdatabaseEUROCHAMP• Climate:REOBS..OBS–MODELS• AERIScentrededonnéesdeNDAACFrancedepuis20ansmaisaussidonnéesIDAF
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QUESTIONS«ACTRISCF»