Climatologies et tendances de l'ozone et du monoxyde de carbone dans la haute troposphère - basse stratosphère, vues par les mesures IAGOS et le modèle MOCAGE PDF Download
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Book Description
L'objectif général de la thèse est de caractériser la distribution géographique, les cycles saisonniers et l'évolution récente de l'ozone et du monoxyde de carbone dans la haute troposphère - basse stratosphère (UT - LS) au-dessus de huit régions d'intérêt, aux moyennes latitudes de l'hémisphère Nord. Pour cela, nous avons analysé les observations aéroportées IAGOS. Nous avons montré une tendance positive de l'ozone dans l'UT sur 1994 - 2013, et une tendance négative du monoxyde de carbone liée à la décroissance des émissions en surface. Nous avons comparé les mesures à la simulation de composition chimique sur le climat récent issue du modèle MOCAGE dans l'exercice d'intercomparaison CCMI. Pour ce faire, nous avons développé une nouvelle méthode permettant de projeter les mesures IAGOS sur le maillage du modèle et de traiter ainsi 20 ans d'observations. Cette méthode s'est révélée pertinente pour évaluer la simulation et pourrait être étendue à d'autres simulations et d'autres modèles.
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L'objectif général de la thèse est de caractériser la distribution géographique, les cycles saisonniers et l'évolution récente de l'ozone et du monoxyde de carbone dans la haute troposphère - basse stratosphère (UT - LS) au-dessus de huit régions d'intérêt, aux moyennes latitudes de l'hémisphère Nord. Pour cela, nous avons analysé les observations aéroportées IAGOS. Nous avons montré une tendance positive de l'ozone dans l'UT sur 1994 - 2013, et une tendance négative du monoxyde de carbone liée à la décroissance des émissions en surface. Nous avons comparé les mesures à la simulation de composition chimique sur le climat récent issue du modèle MOCAGE dans l'exercice d'intercomparaison CCMI. Pour ce faire, nous avons développé une nouvelle méthode permettant de projeter les mesures IAGOS sur le maillage du modèle et de traiter ainsi 20 ans d'observations. Cette méthode s'est révélée pertinente pour évaluer la simulation et pourrait être étendue à d'autres simulations et d'autres modèles.
Author: Hubert Teyssedre Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 228
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L'ozone est un constituant minoritaire de l'atmosphere qui protege la vie sur terre en absorbant le rayonnement ultra-violet. Pour connaitre l'etat actuel de la couche d'ozone, des mesures satellitaires ont ete analysees sur la decennie 1979-1988. Il y apparait clairement une reduction de la couche d'ozone, notamment aux latitudes polaires suite aux episodes de trou d'ozone antarctique. Nous avons egalement pu etablir une climatologie de l'ozone total pour la confronter aux resultats de modeles. Des modeles de circulation generale, incluant une parametrisation de la photochimie de l'ozone, ont reproduit son evolution pour la decennie 1979-1988 de maniere realiste avec la climatologie precedente. Tant a partir des mesures que des modeles, nous avons evalue l'impact sur l'ozone des oscillations basse frequence de l'atmosphere moyenne equatoriale. Nous avons mis en evidence sur le vent zonal modelise un signal coherent avec l'oscillation quasi-biennale et l'importance des ondes de gravite d'origine orographique ou convective sur l'oscillation semi-annuelle de la stratopause. A partir d'une simulation tridimensionnelle de 10 ans, nous avons calcule la circulation diabatique que nous avons utilise pour forcer un modele bidimensionnel photochimique. Les distributions des constituants chimiques simulees par ce modele sont coherentes avec les observations disponibles. De plus, les resultats presentent une forte variabilite tant inter-hemispheriques qu'inter-annuelle. Avec ce modele de photochimie, nous avons alors evalue l'impact qu'aurait sur l'atmosphere une flotte d'avions supersoniques. Toutes les simulations effectuees confirment que ces avions entraineraient une augmentation de l'ozone tropospherique par les cycles de production lies au methane et au monoxyde de carbone. Au contraire, l'ozone serait detruit dans la stratosphere en oxydant le monoxyde d'azote rejete par les avions. Cette reduction est moins importante lorsque les reactions de chimie heterogene sur les particules d'aerosol sont prises en compte: les oxydes d'azote rejetes sont alors convertis en grande partie sous forme d'acide nitrique, chimiquement inerte vis a vis de l'ozone. Malgre les nombreuses incertitudes, une telle flotte perturberait toute l'atmosphere, avec un maximum probable aux moyennes latitudes de l'hemisphere nord
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LE PROGRAMME MOZAIC REPOSE SUR LA MESURE AUTOMATIQUE ET REGULIERE D'OZONE ET DE VAPEUR D'EAU A BORD DE 5 AIRBUS A340, A UNE ECHELLE SPATIALE ET TEMPORELLE QUASI-GLOBALE QUI PERMET LA CONSTITUTION D'UNE BASE DE DONNEES CHIMIQUES ET METEOROLOGIQUES DESTINEE AUX INTERPRETATIONS SCIENTIFIQUES AVANT UNE ESTIMATION A PLUS LONG TERME DE L'IMPACT DES EMISSIONS D'AVIONS SUR L'OZONE TROPOSPHERIQUE. LES CLIMATOLOGIES DE L'OZONE ETUDIEES SONT ETABLIES SUR LES DEUX PREMIERES ANNEES DE MESURES (09/94 - 08/96). ELLES DONNENT POUR LA PREMIERE FOIS UNE VISION PRECISE A GRANDE ECHELLE DE LA REPARTITION DE CE COMPOSE DANS L'ATMOSPHERE. ELLES PERMETTENT DE PALIER AU MANQUE NOTOIRE DE DONNEES EXPERIMENTALES - NECESSAIRES A LA COMPREHENSION DU CYCLE DE L'OZONE TROPOSPHERIQUE ET A LA VALIDATION DES MODELES 3D - EN PARTICULIER AU DESSUS DE NOMBREUSES REGIONS ENCORE PEU OU PAS DOCUMENTEES (OCEANS, ZONE TROPICALE, ASIE). L'ETUDE DES DISTRIBUTIONS DE L'OZONE EN ALTITUDE PERMET DE FAIRE LA PART DES PROCESSUS DYNAMIQUES ET PHOTOCHIMIQUES CONTROLANT SA REPARTITION, EN SEPARANT LES COMPOSANTES TROPOSPHERIQUES ET STRATOSPHERIQUES SUR LA BASE D'UN CRITERE A 100 PPB D'OZONE. ELLE DEBOUCHE SUR UNE EVALUATION DU TEMPS PASSE PAR LES AVIONS SUBSONIQUES DANS LA TROPOSPHERE ET DANS LA STRATOSPHERE. L'ANALYSE DES PROFILS VERTICAUX D'OZONE, CARACTERISES PAR LA VARIATION SAISONNIERE DE LA FORMATION PHOTOCHIMIQUE D'OZONE, MONTRE UNE ASSEZ BONNE HOMOGENEITE DANS LA TROPOSPHERE AUX MOYENNES LATITUDES DE L'HEMISPHERE NORD, ALORS QUE LA ZONE TROPICALE EST CARACTERISEE PAR UNE GRANDE VARIABILITE ZONALE ET TEMPORELLE. LA CLIMATOLOGIE MOZAIC A ETE COMPAREE A CELLE ISSUE DU RESEAU DE RADIOSONDAGES D'OZONE, SUR DES EXEMPLES DE PROFILS INDIVIDUELS ET AU MOYEN DES CLIMATOLOGIES MOYENNES. UN ASSEZ BON ACCORD EST OBSERVE, AVEC CEPENDANT UNE CERTAINE SURESTIMATION SYSTEMATIQUE PAR LES RADIOSONDES. ENFIN, UNE EXPERTISE DE 4 MODELES 3D GLOBAUX A ETE MENEE EN COMPARANT LES CLIMATOLOGIES MOZAIC AUX SORTIES DE CES MODELES DESTINES A ETRE UTILISES DANS LES ETUDES D'IMPACT DE L'AVIATION. LES MODELES TESTES NE REPRODUISENT ENCORE QUE TRES IMPARFAITEMENT LES DISTRIBUTIONS OBSERVEES, NOTAMMENT AU NIVEAU 9-12 KM, DEMONTRANT PAR LA MEME L'INTERET DU PROGRAMME ET LES AMELIORATIONS INDISPENSABLES A APPORTER AUX MODELES AVANT DE POUVOIR ESPERER UNE REPONSE FIABLE AU PROBLEME POSE.
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La région de la tropopause est particulièrement importante du point de vue de la dynamique et de la composition chimique de l'atmosphère car elle est le siège d'échanges entre deux milieux très différents, la troposphère et la stratosphère. De forts gradients verticaux rendent toutefois sa représentation difficile dans les modèles numériques de chimie et de transport. L'objectif de cette thèse est de contraindre les simulations numériques à l'aide d'observations de manière à obtenir une meilleure représentation du champ d'ozone dans cette région, qui puisse servir de base pour des études phénoménologiques. Le modèle utilisé est le modèle de chimie-transport d'échelle globale MOCAGE de Météo-France. Les observations proviennent du programme européen MOZAIC, qui équipe depuis 1993 des avions de ligne commerciaux de capteurs d'ozone, de vapeur d'eau et d'autres composants minoritaires, et dont l'intérêt est de se situer au niveau de la tropopause. Notre étude a montré que le principal défaut du modèle sans assimilation est une tendance à lisser progressivement le gradient vertical d'ozone à la tropopause, et que l'assimilation a pour effet de corriger ce défaut : elle renforce ce gradient par un ajout d'ozone dans la basse stratosphère et une baisse d'ozone dans la haute troposphère. Plusieurs techniques d'assimilation ont été développées et ont été comparées ; les meilleurs résultats correspondent à une assimilation dans un système de coordonnées épousant le flux...
Author: Frank A. Bower Publisher: CRC Press ISBN: 1351085387 Category : Science Languages : en Pages : 232
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The book, as originally conceived, was to be limited to technical considerations, but the scientific course of event has been so interwoven with non-scientific, but nevertheless related events, the authors felt necessary to include an account of this situation. Accordingly, the book is divided into five sections entitled: Stratospheric ozone Atmospheric processes influencing stratospheric ozone Does man influence stratospheric ozone Effects and research Public policy
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La tropopause tropicale est une région de l'atmosphère où l'abondance de vapeur d'eau (H2O) affecte le climat. Cette thèse examine le rôle de la convection profonde sur la variabilité de H2O dans cette région. En se basant sur les observations de l'instrument spatial Microwave Limb Sounder (MLS), je montre que la convection continentale impacte le cycle diurne de H2O par injection de cristaux de glace hydratant après sublimation cette région de l'atmosphère. Dans le cadre du projet TRO-pico, je présente aussi un cas d'étude en se focalisant sur le Sud du Brésil. J'analyse également la variabilité du monoxyde de carbone (CO) troposphérique grâce à l'Atmospheric InfraRed Sounder (AIRS). Cette étude est complétée par l'évaluation de la version 6 des inversions de AIRS et de la fusion de données combinant les observations de AIRS à celles du Tropospheric Emission Spectrometer (TES) et MLS. Je démontre ainsi la valeur ajoutée de ces produits pour des études liées à la qualité de l'air, la dynamique et le transport dans la haute troposphère-basse stratosphère.
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Emissions of ozone precursors by biomass burning activity in south Africa and Madagascar and stratospheric intrusions are the two sources controlling tropospheric ozone at Reunion. Located at 21°S, the site is strongly impacted by the subtropical jet stream activity during austral winter and spring. Ozone measurements at Reunion started in 1992 with the first radiosoundings. The measurements were enriched from 1998 with the installation of a LIDAR at the station. Ozone radiosonde measurements are also performed at Irene (South Africa) since 1990. In 1998, Irene and la Reunion joined the SHADOZ network (Thompson et al. 2003). The study presented here intend to analyse the ozone database with a lagrangian approach in order to compare the impact of photochemical and stratospheric sources on the tropospheric ozone burden in the region. This work starts with a comparative study of tropospheric ozone climatology and trends at two regional sites: La Reunion and Irene. The tropospheric ozone trends have been calculated both considering the whole tropospheric column and dividing the troposphere into three atmospheric sections standing for lower, middle and upper troposphere. The examination of data, the climatological studies and the trend calculations have revealed the specific features of data, the climatological characteristics of tropospheric ozone in the region and allowed to hypothesize on the importance of regional sources. The analysis of the ozone database at Reunion with the lagrangian trajectory code Lacytraj revealed the seasonal behaviour of stratospheric intrusions, their seasonal features such as the depth of intrusions, the value of ozone mixing ratio in stratospheric air masses and vertical seasonal distributions of stratospheric intrusions.
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LA STRATOSPHERE EST UNE SOURCE D'OZONE POUR LA TROPOSPHERE. MEME POUR UN FLUX NET NUL, LES ECHANGES ENTRE CES DEUX RESERVOIRS SONT IMPORTANTS CAR LEURS COMPOSITIONS CHIMIQUES EN ESPECES MINORITAIRES DIFFERENT. AUX MOYENNES LATITUDES, LES GOUTTES FROIDES ET LES FOLIATIONS DE TROPOPAUSE Y CONTRIBUENT. LE LIDAR OZONE AEROPORTE ALTO, PREALABLEMENT VALIDE, DECRIT CES EVENEMENTS AVEC UNE RESOLUTION SPATIALE ET UN SUIVI TEMPOREL JAMAIS ATTEINTS. L'ANALYSE DES OBSERVATIONS EST COMPLETEE A L'AIDE DU MODELE METEOROLOGIQUE MESOECHELLE MM5. UNE CAMPAGNE DE MESURES ETUDIE LA DISSIPATION D'UNE GOUTTE FROIDE. ON MET EN EVIDENCE LA CONVECTION QUI SE DEVELOPPE DANS LE FLUX DE RETOUR DE CETTE CIRCULATION CYCLONIQUE. LE BRASSAGE DES MASSES D'AIR INDUIT EST EN PARTIE RESPONSABLE DE L'ENRICHISSEMENT EN OZONE TROPOSPHERIQUE AU VOISINAGE DE LA GOUTTE ET DE LA VARIABILITE DE SON GRADIENT VERTICAL A LA TROPOPAUSE. UNE METHODE DE DECOMPOSITION DE L'EVOLUTION DE LA VORTICITE POTENTIELLE EST PRESENTEE. APPLIQUEE A DES CAS OU LE SCHEMA DE KUO SIMULE LES NUAGES OBSERVES, ELLE ETABLIT QUE LE DEGAGEMENT DE CHALEUR LATENTE PAR CONVECTION L'EMPORTE SUR LES EFFETS RADIATIFS LORS D'EVOLUTIONS RAPIDES (QUELQUES HEURES) DE LA VORTICITE POTENTIELLE. UNE ETUDE SYSTEMATIQUE (1100 TRAJECTOIRES) ETABLIT QU'UNE TROPOPAUSE DYNAMIQUE A 1,6 PVU EST ADAPTEE POUR ETUDIER LES ECHANGES ENTRE LA HAUTE TROPOSPHERE ET LA BASSE STRATOSPHERE DUS A LA CONVECTION. L'ETUDE DE 2 FOLIATIONS MONTRE QUE LE MODELE N'EST PAS DEPHASE PAR RAPPORT AUX OBSERVATIONS ET QU'ENTRE 295 ET 320 K, LES GRADIENTS HORIZONTAUX ISENTROPES DE L'OZONE ET DE LA VORTICITE POTENTIELLE SONT PROPORTIONNELS. LE RAPPORT ENTRE CES DEUX GRANDEURS EST DE L'ORDRE DE 45 PPB/PVU DANS LA BASSE STRATOSPHERE. LES FLUX CALCULES SUR LA BASE D'UN RAPPORT PLUS ELEVE SONT DONC SURESTIMES. MAIS SI CES STRUCTURES INFERIEURES A 1 PVU SONT CREDIBLES, LA RESOLUTION VERTICALE ET LA REPRESENTATION DU CHAMP D'HUMIDITE DU MODELE DOIVENT ETRE AMELIOREES.
Author: Yann Cohen
Author: Yann Cohen
Author: James G. Titus
Author: Hubert Teyssedre
Author: James G. Titus
Author: Valérie Thouret
Author: Marie-Laure Cathala
Author: Frank A. Bower
Author: Fabien Carminati
Author: Gaëlle Clain
Author: FRANCOIS.. RAVETTA