Couverture nuageuse, statistiques Belges!

Salutations à tous.

Aujourd'hui ce sera un peu différent, pas de photos. Tout commence avec ce site :https://www.earthenv.org/cloud qui montre la couverture nuageuse moyenne par mois sur l'ensemble du globe. C'est donc très gentil de proposer un outil aussi didactique pour montrer les données.

Le but de mon analyse est de donner une réponse quantifiée du temps total de nuit noire dégagée par endroit et de comparer entre eux différents lieux en Europe. Ces lieux sont: Centre de Belgique, la Provence, le sud des Pyrénées, et la pointe sud de l'Espagne. Je n'ai pas pris de lieu en altitude car les données ne me semblaient pas cohérentes. En effet, il n'y a dans celles-ci peu de différences notables entre un lieux en montagne à 500m et un sommet à 3000m. La résolution avoisinant les 1km est probablement la cause de cette observation. 



Cette analyse a des limites de part les données accessibles. Il y aura donc de fortes hypothèses:
- couverture binaire: le ciel est considéré comme totalement dégagé ou totalement couvert. Cette hypothèse est forte. Cependant si le ciel n'est pas totalement dégagé, généralement je ne sors pas tout le matériel.
- La nuit = le jour. Les moyennes étant effectuées par des relevés 2 fois par jours sans en connaître l'heure (je pensais que la satellite MODIS ne passais qu'une fois par jour). Des différences peuvent exister. Typiquement les nuages de beau temps dans l'après midi, si la statistique est faite par 2 relevés par jours la moyenne donnerait (par exemple) 66% dégagé pour la journée alors que le ciel sera peut-être dégagé toute la nuit. 
- 21 du mois: les couvertures mensuelles moyennes seront représentatives du 22 du mois précédent au 21 du mois considéré. Comme il y a peu de différences entre deux mois voisins, cette hypothèse n'est pas très forte.

Une fois toutes les données entrées dans un tableau, il faut les pondérer avec la durée de la nuit noire moyenne de chaque mois. La durée de la nuit noire du mois considéré et appliquée sur l'entièreté du mois est celle du 21 de ce même mois. Ainsi, le mois de décembre (du 22 novembre au 21 décembre ) est le mois ou la nuit est la plus longue. 


Durée de la nuit noire en fonction du mois. 

L'interpolation n'est qu'un artifice visuel pour mieux se rendre compte de la durée des nuit noire en fonction du mois. Pour rappel, la durée de la nuit noire considérée est celle d'un point et est valable pendant un mois. Donc pour le mois de juin, la nuit noire est nulle pendant 1 mois. Ce qui est plus proche de la réalité que cette interpolation pour le coup. La fonction représentative est sûrement plus proche d'un cosinus (on parle bien de la nuit noire, et pas de la simple nuit, qui elle est probablement un cosinus ayant une ses maxima en 21 décembre/juins)

On remarque directement que la nuit noire autour des mois d'hivers n'est pas beaucoup plus longue chez nous (à 50° nord) qu'au sud de l'Espagne (37° nord)! Je fus fort surpris par cela. La différence résulte simplement d'un fait géométrique: les crépuscules sont plus long au plus on va au nord car le soleil se couche toujours plus en biais au plus on va dans le nord. Le fait géométrique est que les cercles de déclinaisons sont moins inclinés par rapport a l'horizon car l'axe polaire est plus proche de la verticale. Donc en toute saison les crépuscules sont plus longs au nord (pour l'hémisphère nord évidement). L'effet est particulièrement marqué aux mois d'été car le soleil à une déclinaison très positive. 

Revenons à nos moutons! Les couvertures nuageuses sont pondérées avec les durées de nuit noire pour nous donner une durée moyenne de ciel dégagé et noir par jour. Autrement dit: si tout les jours du mois étaient les mêmes (même météo pour chaque jours), quelle durée de nuit noire aurions nous chacun de ces jours.

Naturellement, nous petits belges ne pouvons rivaliser avec nos amis du sud. Nous observons que le sud de l'Espagne est généralement plus propice à l'astronomie que le sud des Pyrénées. En effet le sud des Pyrénnée est sujet en hivers "d'attaques " maritimes par l'atlantique, ainsi, la Provence, un peu plus à l’abri est préférable en plein hivers. Cependant, le reste de l'année, les Pyrénées protègent bien des perturbations venant du nord. Je ne suis pas météorologue donc je n'irai pas plus loin car cela dépasse mes compétences.

En faisant la somme (intégrale discrète sur 12 mois) sur chaque mois nous obtenons le résultat tant attendu du temps total de nuit noire dégagée par ans!
- Belgique :       666h  (  ) 
- Provence:      1655h
- Pyrénées S. : 1770h
- Espagne S. :  1999h

En normalisant tout cela avec la Belgique = 1, on trouve que la Provence a 2.48 fois plus de temps, les Pyrénées Sud 2.66 et le sud de l'Espagne 3 fois plus. 

On remarque en Belgique que quand la nuit est dégagée, souvent elle l'est pour toute la nuit, et pareil si c'est couvert. Ainsi, nous pouvons compter le nombre de nuits noires complètement dégagées si toutes les autres sont complètement couvertes! Ainsi nous aurions ceci:
- Belgique :       94 nuits
- Provence:      205 nuits
- Pyrénées S. : 212 nuits
- Espagne S. :  231 nuits

Si on considère que dès que la lune est présente la nuit n'est plus noire, on peut considérer qu'elle est en moyenne présente la moitié du temps (je vous laisse faire le calcul sur les heures ou les nuit ici plus haut ). On peut cependant calculer combien de nuits noires dégagées par lunaison (29,5) et sans lune dans le ciel y a-t-il?
- Belgique :       3.75
- Provence:       8.3
- Pyrénées S. :  8.6
- Espagne S. :   9.3

Ce qui revient a trouver la fraction annuelle de nuit noires dégagées sans lune, respectivement : 12.8%, 28%,29% et 31.6%

On arrive au bout! toutes ces observations sont des moyennes!  mais des moyennes optimistes car il faut se rappeler de ces deux hypothèses: 
 - la nuit est complètement dégagée et les autres complètement couverte. 8h complètement dégagées vont donner une nuit complètement dégagée alors que si ces 8h sont réparties en 4 nuits avec 2h dégagées à chaque fois vous n'aurez probablement pas fait d'astronomie alors qu'il y a eu 8h de ciel dégagé en tous. Cependant en Belgique quand la nuit est dégagée, souvent elle l'est pour un bon moment. Il faudrait plus d'observations pour le quantifier.
- hypothèse de départ du ciel soit dégagé soit couvert. Si le ciel n'est dégagé qu'à 50%, il va venir grignoter votre temps de nuit noire car vous n'êtes pas sorti mais toutes les 2h, vous perdez une heure statistique de nuit noire...

Allé, dernière statistique, si vous n'espérer sortir que le vendredi ou le samedi et que vous voulez une nuit complètement dégagée et sans lune cela n'arrivera que 12.8 * 2/7  = 3.66 % du temps c'est à dire que cela arrivera 13.3 fois sur l'année  

J'espère que vous aurez apprécié ce petit moment sérieux et prise de conscience. Certains diront que la conclusion ne nous apprend rien car on sait bien qu'en Belgique il fait moins beau... oui, mais maintenant on peut au moins dire de combien ! (environ  ) 

Il y a encore quelques petits chiffres qui peuvent être trouvés (et je vous invite à  les trouver) mais il faudrait surtout plus de donnée pour améliorer la précision de ces chiffres car il est difficile d'estimer la marge d'erreur. Ce qui reste peut-être le plus sur est la conclusion relative à la belgique: Provence 2.5 fois plus de temps, Pyrénées S:2.66, et Espagne S: 3.

C'est une bonne idée de mettre des chiffres à propos des nuits noires.
Car on a l'impression que dans le sud de l'Espagne ou en général en Méditerranée il fait TOUJOURS des
nuits noires. En plus noir c'est noir mais il y a noir et noir....
Par exemple le 3X plus de noir en Espagne change tout pour celui qui fait des photos.
Ainsi en Belgique il est rare d'accumuler des photos trois nuits de suite et on doit le plus souvent se
contenter de poser moins de quelques heures sur le même sujet.
En Belgique il faut se résoudre à ne pas voir tout en noir.

C'est évident, je ne parle pas de la qualité du ciel ici, car si un site moyen en Espagne nécessite 3 fois moins de temps pour avoir un même signal/bruit qu'en belgique... on peut alors encore rajouter un facteur 3!


On pourrait imaginer croiser ces information avec des données de seeing si elles existent. Imagine une statistique qui te donne en seconde d'arc pour deux lieux A et B: 

A) 200h < 1.5,   1.5<400h <2.5,  600h >2.5 contre

B) 50h< 1.5 ,   1.5< 200h<2.5, 1500h > 2.5...

Si tu aimes le planétaire ou la fine résolution, il faut aller en A), si tu aimes le SHO de grandes nébuleuses, il faut aller en B qui a beaucoup plus d'heures totales!

Voici un relevé des observations faites à Vesqueville par Fernand Van Den Abeele depuis 1999.


Statistiques astro-météo pour la période 1999-2017
En ce début d’année, voici la dernière version de mes désormais traditionnelles
statistiques astro-météorologiques. Pour rappel, depuis 1999, j’ai pris l’habitude de
repérer chaque jour dans mon agenda, les soirées qui montrent un ciel dégagé d’une
part, qui permettent des observations astronomiques acceptables d’autre part (pas ou
peu de Lune, transparence et turbulence raisonnables…). Ce n’est en rien une étude
scientifique rigoureuse. Les données présentées n’ont d’autre but que de fournir des
indications statistiques générales.

Nuits dégagées Nuits observables
1999 90 (25%) 58 (16%)
2000 81 (22%) 52 (14%)
2001 94 (26%) 63 (17%)
2002 93 (25%) 61 (17%)
2003 131 (36%) 89 (25%)
2004 84 (23%) 52 (14%)
2005 99 (27%) 60 (16%)
2006 94 (26%) 53 (15%)
2007 105 (29%) 65 (18%)
2008 93 (25%) 59 (16%)
2009 110 (30%) 70 (19%)
2010 89 (24%) 63 (17%)
2011 109 (30%) 63 (17%)
2012 84 (23%) 62 (17%)
2013 76 (21%) 44 (12%)
2014 83 (23%) 55 (15%)
2015 89 (24%) 52 (14%)
2016 89 (24%) 63 (17%)
2017 84 (23%) 63 (17%)
Moyenne 94 (26%) 60 (16%)

Le tableau 1 (totaux respectifs des nuits dégagées et observables), montre que
l’année 2017 a compté moins de nuits avec ciel dégagé que la moyenne des 19 années,
mais que celles-ci ont été relativement propices aux observations.
On peut toujours considérer que notre région nous offre, en moyenne, 1 nuit sur 4
avec ciel dégagé, et 1 nuit sur 6 un firmament observable dans des conditions
relativement acceptables.

Le graphique ci-dessous (graphique 2) reprend la moyenne des nuits claires mois par
mois, toujours au cours de cette période 1999-2017.
Il apparaît que les mois de mars, avril et septembre sont les plus favorables, suivis
par juillet, août, juin, octobre, et mai. Les mois de novembre, décembre janvier et
février sont nettement plus néfastes en ce qui concerne l’observation astronomique.




Pour cette année 2017 (graphique 3), les mois d'avril, juin et mars ont été
particulièrement intéressants, avec 13, 12 et 11 nuits claires. Par contre, novembre et
décembre se sont montrés catastrophiques. Cela confirme le piètre bilan du mois de
novembre, qui se révèle être statistiquement le pire pour l'observation.



Fernand Van Den Abeele

Super trouvaille ! Finalement nous arrivons aux même chiffres, à savoir 26% de nuits dégagées. J'ai considéré les nuits noire sans lune comme étant 50% du temps dégagé, lui est un peu plus souple pour la lune ("peu ou pas de lune"). Ce qui expliquerait ses nuit observables comme 60% du temps dégagé

Il persiste quelques différences cependant. En belgique je considère un mois complet sans nuit noire, et c'est un mois de relativement beau temps, donc c'est un peu plus pessimiste. Et lui compte en nombre de nuits observable, pas en nombre d'heures observables, cela fait toute une différence. Une nuit d'été est observable 4h alors qu'une nuit d'hivers l'est 8h. De plus on en sait pas ce qu'il considère observable en terme de durée. Faut il au minimum 2h de temps dégagé pour qu'une nuit soit "observable" ou faut elle qu'elle soit dégagée presque complètement ?

J'ai voulu comparer ses données de base avec celles de MODIS que j'ai utilisées. On voit qu'elles sont fortement similaires! Il en résulte donc que ce qui fait la différence sur les chiffres finaux sont les interprétations des termes "nuits noires", nuit "observables",...

Intéressante étude ! Puis-je rajouter ma pierre à l'édifice ?

De mon côté, j'ai analysé pendant une année les conditions de PL sur mon site en Ardenne...

Les mesures sont précises, mais n'intègrent pas les conditions nuageuses (dans le futur, si, mais c'est une autre histoire...)

Hypothèse n°1 : une nuit "noire" est une nuit dont le SQM > 20 

Number of nights/month where Mag > 20

01 : 24 nights
02 : 20 nights
03 : 23 nights
04 : 19 nights
05 : 20 nights
06 : 22 nights
07 : 24 nights
08 : 24 nights
09 : 0 nights
10 : 18 nights
11 : 22 nights
12 : 19 nights

Total : 235 nuits/an, soit 64,4%

Hypothèse n°2 : une nuit "noire" est une nuit dont le SQM > 20.5 

Number of nights/month where Mag > 20.5

01 : 17 nights
02 : 14 nights
03 : 12 nights
04 : 13 nights
05 : 13 nights
06 : 4 nights
07 : 9 nights
08 : 12 nights
09 : 0 nights
10 : 11 nights
11 : 12 nights
12 : 7 nights

Total : 123 nuits/an, soit 33,9 %

Hypothèse n°3 : une nuit "noire" est une nuit dont le SQM > 21 

Number of nights/month where Mag > 21

01 : 5 nights
02 : 7 nights
03 : 1 nights
04 : 1 nights
05 : 0 nights
06 : 0 nights
07 : 0 nights
08 : 0 nights
09 : 0 nights
10 : 2 nights
11 : 0 nights
12 : 1 nights

Total : 17 nuits/an, soit 4,6 %

En gros: 



Bon, maintenant, est-ce que une valeur de SQM quelconque est un gage absolu de ciel dégagé ?
Examinons la relation avec la seule autre valeur utilisable, le température...

Analysons cela... Prenons le mois de janvier et SQM>21, cela nous donne 

                          datetime  Temp  Volt    Mag      Date     Time Month  Hour Day
2429 2018-01-04 19:30:09   8.0  4.88  21.03  20180104  1930    01  1930  04
2965 2018-01-15 23:00:10   4.5  4.88  21.02  20180115  2300    01  2300  15
2970 2018-01-16 01:30:11   3.5  4.88  21.09  20180116  0130    01   130  16
3108 2018-01-18 22:30:10   0.9  4.88  21.14  20180118  2230    01  2230  18
3123 2018-01-19 06:00:09   0.1  4.88  21.06  20180119  0600    01   600  19

=> avoir 21.03 à 19h30 avec 8°... Possible ou pas ?

Il faudra voir l'évolution de l'obscurité (subite ou lente ?)

Rem : par contre, je peux extraire de ces chiffres la"vraie" perception d'une nuit type
dans la région, pour une période donnée (nbr d'heures différentes des lever/coucher),
car je vais y intégrer la PL et Skyglow....

Passionnant, tout cela... 

En effet c'est un sujet passionnant! Par contre il faudrait que tu vérifies que tes mesures ne prennent en effet pas en compte le ciel complètement couvert! Je prends comme simple exemple chez moi, en cas de brouillard ou stratus assez bas, je pense qu'il fait plus sombre dans ces conditions qu'avec un ciel dégagé. Car dans le cas de SQM>20 qui te donne 64%, comme tu dis, il y a des nuits couvertes dans le lot. 

Pour voir si une nuit est dégagée, peut-être regarde les écarts de températures. En cas de nuit dégagée le rayonnement nocturne refroidi très fortement. Je me rappelle que dans des périodes très nuageuse, la différence entre les température max et min sur 24h était autour des 3° alors que lors de gros anticyclone ce delta est bien plus important 10°. Du coup en regardant le jour précédent et le jour suivant il devrait y avoir moyen de caractériser le jour présent. Enfin, il faudra ensuite vérifier que le modèle fonctionne. Tout ceci peux nous tenir bien occupés pendant ces nuits nuageuses ^^

Les mesures "nuit sombres" englobent évidemment des cas de mauvaise météo. 
La seule fois que j'ai mesuré SQM 24 dans un site naturel (Dark Sky reserve),
c'était en forêt avec des nuages... ! (on ne se voyait plus, en se suivant l'un et l'autre  à 1 m)

Donc, l'influence météo est à extraire, en effet et la progression vers un pic peut (peut-être)
renseigner sur la vraie présence nuageuse, ou pas (mesure toutes les demi-heures, et 
dans ce laps de temps, un ciel peut fortement changer )

=> je vais regarder ce que cela donne...

C'est une question que je posais, pour le prochain détecteur "fixe", d'ailleurs (il sur la table de mon labo). 

En théorie... Il devrait inclure, pour être pertinent
- mesure illumination surfacique, angle de 20° (aka SQM)
- mesure de température (sous abri, celui du détecteur)
- mesure de la stabilité du courant (en théorie, si je regarde l'actuel : no problemo)
- mesure de la production de IR du ciel (donc, des nuages) 
- humidité relative
- détection pluie (vaste débat technique sur le type de détecteur fiable, entre humidité et pluie)
- idéalement... Une image (avec une image de référence... Une lampe, au loin ? Pour une fois que
la PL pourrait servir à quelque chose !!! )
- et...  la différence du précédant, un chauffage pour éviter les effets de condensation !
 
Si on mesure la température du ciel et que d'un autre côté on mesure la température interne
(à l'abri), on devrait pouvoir détecter le passage nuageux... Idem pour la relation avec
l'humidité relative et température... Et encore ! Car j'ai souvent 90% d'humidité, mais un ciel clair !
Mais, faudra régler/calibrer cela pour chaque place... 

Donc... Par contre, en lisant http://jmfriedt.free.fr/sdr2.pdf , une autre idée serait de faire la même 
chose, sur une fréquence accessible (genre proche 130 MHz) et d'utiliser la réfraction du signal
sur la couche nuageuse (et pluie) pour en une fois, faire les deux !

Ex à lire : http://olivier.granier.free.fr/MOOC/res/ondes-plasma_atm.pdf
(je vais lire cela dans le métro... )
Tant de choses à faire... 

Tien t'es sur de tes mesures de septembre ?
C'est bizarre que ça soit le seul mois où tu ne dépasse pas SQM 20...

Pour savoir si le ciel est dégagé ou pas je pense que ça serait jouable de faire une image all sky, et simplement exécuté un script de détection d'étoiles dessus.

septembre : pas de mesures, perte du fichier (cause technique)  
et cette année : plus rien depuis fin aout...

Mais je suis occupé à compiler deux sources (dans le même coin, à 25km de distance)
et  à les valider totalement. Amon sens, je vais devoir laisser tomber une bonne quantité (obstruction capteur
pour une cause mécanique) car je détecte trop d'anomalie...(une simple feuille sur le détecteur ? )=

=> un bon exercice pour prévoir le prochaine détecteur (ex : huminidté, pas un petit aspect à prendre en compte)

All sky : ben, j'ai essayé et perte de la caméra suite à la même cause   
Donc : faut construire plus solide et plus réfléchi...
Ce n'est pas pour rien qu'une bonne caméra allsky, c'est cher...(Fripon = 2300 eur !)
il faut trouver un équilibre...

Mais ce sont des projets intéressants, tout y passe : optique, électronique, mécanique, informatique, météo, etc, etc...

Un copain Philippe Rees qui possède un chalet toit roulant à installé une résistance chauffante dans ses détecteurs.

Petite analyse (à la main)  avant d'en programmer une... 



J'ai isolé, pour un 1/2 mois, d'un côté les valeurs de brillance (en Mag/arcsec² habituelles) et les températures.
On peut donc relativement estimer, si on regarde que la tendance de la courbe de température, que :
- du 14 au 15 : baisse = ciel clair ?
- du 15 au 16 : baisse très faible = IR = nuages = ciel couvert
- du 16 au 17 : baisse = ciel clair
- du 17 au 18, 18 au 19 : baisse forte pendant la nuit = ciel clair ?
- du 19 au 20 : baisse très faible = IR = nuages = ciel couvert
- du 20 au 24 : variable, ciel "mitigé" ?
- du 24 au 26 : stable = couvert
- du 26 au 27 : ciel se dégage ?
- du 27 au 28 : forte baisse = ciel clair ?
- du 29 au 31 : forte baisses, même en journée... Ciel clair ?
 
Analysons ce que l'on trouve sur les statistiques de l'IRM...


   
En estimant que la perturbation atmosphérique s'étend sur la (demi) Belgique, depuis Uccle jusque l'Ardenne...
- du 14 au 15 : ciel clair = ok, SQM fort
- du 15 au 16 : ciel couvert = possible, SQM fort 
- du 16 au 19 : ciel clair = ok, SQM fort 
- du 19 au 20 : ciel couvert = ok, SQM moyen
- du 20 au 24 : ciel "mitigé" = ok, SQM fort 
- du 24 au 26 : couvert = ok, SQM faible 
- du 26 au 27 : ciel se dégage = apparemment non... SQM faible 
- du 27 au 28 : ciel clair  = faible perturbation, peut-être pas en Ardenne ?  Mais SQM faible
- du 29 au 31 : Ciel clair = ok, mais SQM faible
 
SQM seul = pas probant... 
SQM + température = semble en effet plus intéressant...   

Selon l'IRM = 13 nuits "sans pluie" sur Octobre, sans estimation de la qualité du ciel.
Sur la période considéré = 8 nuits "sans pluie".

Mais si je combine les deux, cela fait 2 nuits "utilisables" pour l'astro...   

Bon, va falloir programmer tout cela pour 326 jours de données.... Ya Ka...

Voici le relevé de Nicolas Dupont Embourg.

Philippe, il fait ses mesures depuis où ?

Bonjour mesures faites à 4053 Embourg .
J'ai le tableau Excel des mesures toutes le 5min : il fait 70Mo !!!

Et bien cela m'interesse ! 
On peut ainsi faire des corrélations  (ou pas ?)
A l'occase, un We transfert ou lorsqu'on se croise ?
Je veux bien envoyer mes données si cela l'intéresse...
Merci

[quote="ttf"] A l'occase, un We transfert ou lorsqu'on se croise ?

Voila !

Et bien, je m'attaque aux données... 
Que je vais compléter avec d'autres calculs.

Avec les évaluations "PL", pour le moment, cette base de données me parait la plus adaptée
pour comparer... Et on verra ce qu'il en sortira... 

Roland B a aussi le relevé de ses observations qu'il voulait présenter lors de l AG.
Il propose de le faire dans un an lors de la prochaine. Demande lui les résultats et édite le tout pour tout le monde.

PVG a écrit:

Roland B a aussi le relevé de ses observations qu'il voulait présenter lors de l AG.

De quelle AG parles-tu ?

Salut Teca, je répondais à TTF, nous devions en parlé à lAG de l'ASCEN.

Ahhh, je me disait bien qu'on avait pas parlé d'AG.