Etude par simulation et assimilation de la composition chimique et des échanges dans la haute troposphère-basse stratosphère

par Noureddine Semane

Thèse de doctorat en Physique et chimie de l'atmosphère

Sous la direction de Daniel Cariolle et de Vincent-Henri Peuch.

Soutenue en 2008

à Toulouse 3 .

mots clés

• Utls
• Chimie
• Ozone
• Vortex
• Assimilation
• 3d-fgat
• Dynamique
• 4D-Var
• Circulation atmosphérique
• Stratosphère
• Troposphère
• Ozone

Résumé

Comme en météorologie et en océanographie, l'assimilation de données permet de combiner de façon optimale les modèles décrivant l'évolution de la composition chimique et la variété des observations disponibles. Elle est utilisée dans ce travail pour caractériser les distributions de l'ozone (O3) et du protoxyde d'azote (N2O) dans le but d'en tirer une information sur les phénomènes couplés de chimie et de dynamique dans la région de la haute troposphère et basse stratosphère (UTLS). Ce travail s'appuie sur deux outils complémentaires à Météo-France : l'un est basé sur le modèle global de chimie-transport MOCAGE et le logiciel d'assimilation multi-méthodes PALM du CERFACS exploité pour mettre en oeuvre une méthode d'assimilation variationnelle 3D-FGAT; l'autre est une extension du système opérationnel d'assimilation météorologique ARPEGE utilisant la méthode variationnelle incrémentale 4D-Var. D'une part, les champs assimilés (analyses de MOCAGE-PALM) sont utilisés pour l'étude de la chimie et la dynamique stratosphérique polaire ainsi que pour le suivi du transport méridien et des échanges entre la troposphère et la stratosphère. D'autre part, l'assimilation couplée chimie-dynamique dans ARPEGE est utilisée pour évaluer l'impact dynamique des observations d'ozone dans la région de l'UTLS.

Titre traduit

Study by simulation and assimilation of the chemical composition and the exchanges in the upper troposphere - lower stratosphere

Résumé

As in meteorology and oceanography, data assimilation combines in an optimal way chemistry-transport models and observations. In this work, the assimilation of remote-sensing chemical measurements of ozone (O3) and nitrous oxide (N2O) aims at better characterizing their three-dimensional distributions. The objective is to get insight into the coupled chemical and dynamical phenomena in the upper troposphere - lower stratosphere (UTLS). This work uses two complementary tools in Météo-France: one is based on the three dimensional chemistry and transport model MOCAGE and the PALM software of CERFACS using the 3D-FGAT variational technique; the other is an extension of the operational suite of the numerical weather prediction ARPEGE using the 4D-Var variational technique. On one hand, the assimilated fields (MOCAGE-PALM analyses) are used for the study of the polar stratospheric chemistry and dynamics and also for the meridional transport and stratosphere-troposphere exchanges. On the other hand, the chemistry-dynamics coupled assimilation in ARPEGE is used to assess the dynamical impact of ozone observation in the UTLS region.