Effet de la convection sur le contenu en vapeur d’eau de la région de la haute troposphère-basse stratosphère tropicale au-dessus de l’océan Indien - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Convective impact on the water vapor budget in the tropical tropopause layer above South West of Indian Ocean

Effet de la convection sur le contenu en vapeur d’eau de la région de la haute troposphère-basse stratosphère tropicale au-dessus de l’océan Indien

Résumé

The Tropical Tropopause Layer (TTL), between 14 and 20 km in altitude, plays a key role in the general circulation as a gate to stratosphere for tropospheric air masses (Holton et al., 1995). The condensation of water vapor at the altitude of tropical tropopause temperature minimum causes the stratosphere to have very low water vapour content. Climate models predict an increase in water vapour mixing ratio in the TTL region which could contribute to an additional 10% to the surface warming (Dessler et al., 2013, 2016). The models have great difficulties in modeling water vapor variations in the TTL because of a poor representation of tropical convection, which controls much of the vertical transport of water vapor to the TTL. The impact of the deep convection on the water vapor and ozone content of TTL is addressed in this study. Radiosonde measurements (SHADOZ and Météomodem-M10 sondes) between 2013 and 2016 released from Reunion Island show that 20% of the summertime profiles (between 2013 and 2016) of Reunion Island have a distinct convective detrainment signature in the upper troposphere (10-13km). The lagrangian backtrajectories from FLEXPART model calculated for air masses impacted by convection show that northern Madagascar and the Mozambique Channel play a predominant role in the humidification of the upper troposphere over Reunion Island. With an yearly average of 9 tropical cyclones, the southwestern Indian Ocean is the third most active basin in the world but remains under-observed/studied. In this thesis, the role of tropical cyclones on the TTL moistening over the Indian Ocean is investigated. Mesoscale simulations at 2 km in resolution of cyclone Enawo (2017) carried out with the Meso-NH model showed that a tropical cyclone could humidify the lower stratosphere (17-19 km) by 45% (3.3- 4.8 ppmv) over a 500 km radius. The study focuses in particular on a massive intrusion of water vapor during the eye formation of the cyclone. The main process leading to the TTL humidification is the sublimation of ice transported into TTL by the cyclone. Mesoscale simulations of cyclone Gelena (2019) suggest that the estimation of vertical transport in the TTL car vary significantly between cyclones. According to Meso-NH preliminary résults, cyclone Gelena had humified the TTL by ~1 ppmv between 15 and 18 km in altitude.
La couche de la tropopause tropicale (TTL, pour Tropical Tropopause Layer), entre 14 et 20 km d’altitude, joue un rôle clé dans la circulation générale puisqu’elle est le lieu d’entrée des masses d’air troposphériques dans la stratosphère (Holton et al., 1995). En raison de la condensation de la vapeur d’eau au niveau du minimum de température de la tropopause tropicale, l’air stratosphérique présente un très faible contenu en vapeur d’eau. Les modèles climatiques prédisent une augmentation de la concentration de vapeur d’eau dans la région de la TTL qui contribuerait à un réchauffement additionnel de 10% en surface (Dessler et al., 2013). Les modèles ont beaucoup de difficultés à modéliser les variations de vapeur d’eau dans la TTL à cause, entre autres, d’une mauvaise représentation de la convection tropicale qui contrôle en bonne partie le transport vertical de vapeur d’eau vers la TTL. La compréhension des effets de la convection tropicale profonde sur le contenu en vapeur d’eau et en ozone de la haute troposphère est approfondie dans cette thèse. Des mesures radiosondages (sondes SHADOZ et Météomodem-M10) entre 2013 et 2016 lâchés depuis l’île de la Réunion montrent qu’environ 20% des profils en été austral de l’île de La Réunion ont une signature distincte de détrainement convectif en haute troposphère (10-13 km). Les rétrotrajectoires du modèle lagrangien FLEXPART calculées pour les masses d’air marquées par la convection (forte humidité et faible ozone) montrent que le nord de Madagascar et du canal du Mozambique joue un rôle prédominant dans l’humidification de la haute troposphère au-dessus de l’île de la Réunion. Le sud-ouest de l’océan Indien, qui a une moyenne proche de 9 cyclones tropicaux par an, est le troisième bassin le plus actif du globe mais demeure sous observé/étudié. Dans cette thèse, le rôle des cyclones tropicaux sur l’humidification de la TTL au-dessus de l’océan Indien est mis en évidence. Des simulations méso-échelle à 2 km de résolution du cyclone Enawo (2017) réalisées avec le modèle Meso-NH ont montré qu’un cyclone tropical pouvait humidifier la basse stratosphère (17-19 km) de 45% (de 3,3 à 4,8 ppmv) sur un rayon de 500 km. L’étude se focalise en particulier sur une intrusion massive de vapeur d’eau lors de la formation de l'œil du cyclone. Le processus principal menant à l’humidification de la TTL vient de la sublimation de la glace injectée directement en TTL par le cyclone.
Fichier principal
Vignette du fichier
2020LARE0026_D_HERON.pdf (38.66 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03132931 , version 1 (05-02-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03132931 , version 1

Citer

Damien Héron. Effet de la convection sur le contenu en vapeur d’eau de la région de la haute troposphère-basse stratosphère tropicale au-dessus de l’océan Indien. Physique Atmosphérique et Océanique [physics.ao-ph]. Université de la Réunion, 2020. Français. ⟨NNT : 2020LARE0026⟩. ⟨tel-03132931⟩
188 Consultations
67 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More