Variabilité de la vapeur d’eau dans la stratosphère tropicale : impact des systèmes dépressionnaires de la zone océan indien

par Tahina Malala Ramarolahy

Projet de thèse en Physique Atmosphère

Sous la direction de Hassan Benchérif.

Thèses en préparation à La Réunion , dans le cadre de École doctorale Sciences, Technologies et Santé (Saint-Denis, La Réunion) depuis le 01-10-2012 .


  • Résumé

    La vapeur d'eau (H2O) joue un rôle primordial dans le système climatique de la Terre. C’est le principal gaz à effet de serre. Sa variabilité au voisinage de la tropopause tropicale et dans la stratosphère est controversée. Ni la tendance positive du méthane (CH4), source stratosphérique, ni la tendance négative de la température à la tropopause ne permettent d'expliquer la tendance positive obtenue de la vapeur d'eau stratosphérique. Le projet de thèse, ci-après développé, s’appuie sur des outils de modélisation (MOCAGE, Méso-NH, Trend-Run), sur des observations satellites (FORMOSAT-3/COSMIC, Métop/IASI, Aura/MLS, SAPHIR/MEGHA-Tropique, AIRS/Aqua, etc) et sur l’instrumentation de l’OPAR (Observatoire de Physique de l’Atmosphère de la Réunion) déployée sur le site du Maïdo. Le projet vise à répondre aux questions d’actualité sur l’évolution de la vapeur d’eau, en se focalisant plus particulièrement sur le domaine d’altitude de la Haute Troposphère-Basse Stratosphère (UT-LS en anglais), domaine très faiblement documenté à l’heure actuelle, alors qu’il est le siège des processus d’échange entre la troposphère et la stratosphère tropicale, entre le réservoir stratosphérique tropical et les latitudes moyennes, et des interactions chimie-climat. Actuellement, il n’existe pas d’instrument unique dédié à la mesure de la vapeur d’eau à la fois dans la troposphère et dans la stratosphère. L’utilisation optimale de plusieurs instruments sondant différentes couches atmosphériques de part et d’autre de la tropopause, sur des domaines temporels variés, et sur un site tropical d’altitude comme celui de La Réunion peut remplir efficacement cette tâche. L’air est principalement injecté dans la stratosphère aux latitudes tropicales, où la tropopause est suffisamment froide pour le dessécher et l’amener à de très faibles concentrations en vapeur d’eau. La tropopause tropicale contrôle ainsi les échanges verticaux et agit comme une barrière dynamique. En fait, la tropopause peut être présentée d'une part comme une frontière dynamique entre troposphère et stratosphère, et d'autre part comme une frontière chimique. En tant que barrière dynamique, elle apparaît comme une couche froide, qui marque une transition très nette dans la stabilité statique et dans la vorticité potentielle. Aussi, comme le montrent des études menées au LACy, cette région joue un rôle très important dans le transport isentropique et le transport vertical des espèces traces, dont l’ozone et la vapeur d’eau (Baray et al., 2003 ; Sivakumar et al., 2006 ; Bencherif et al., 2006 ; Leclair de Bellevue et al., 2007 ; Bencherif et al., 2007). Par ailleurs, des études récentes de tendances ont montré que, globalement, la basse stratosphère tropicale se refroidit (Ramaswamy et al., 2001 ; Bencherif et al., 2006 ; Bègue et al., 2010). Ce refroidissement est apparu avec de faibles amplitudes au début des années 90, et s’est ensuite accéléré et a persisté jusqu’aux années 2000. Les principaux forçages responsables des changements dans l’UT-LS sont d’origine troposphérique. Cependant, bien que les changements de la tropopause tropicale aient été rapportés et documentés (Gettelman et al., 2004), beaucoup reste à faire quant à la compréhension des causes et des effets et interactions possibles avec d’autres paramètres climatiques. Dans une étude récente, Rosenlof et Reid (2008) ont mis en évidence une anti-corrélation entre le refroidissement de la basse stratosphère tropicale et les très fortes températures de surface de la mer (SST : Sea Surface Temperature), en relation avec la convection tropicale. Il est envisagé dans ce projet de thèse d’étudier la variabilité, les anomalies et le transport de la vapeur d’eau dans la stratosphère au-dessus de la région sud-ouest de l’océan indien. L’objectif étant d’examiner les injections de masses d’air et de vapeur d’eau de la troposphère vers la stratosphère, dues aux passages des systèmes dépressionnaires dont cyclones tropicaux. Cela passe par la mise en œuvre de moyens de modélisation globale et méso-échelle, en adéquation avec un ensemble complémentaire d’observations sol et satellites.


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