Étude de la variabilité de la vapeur d'eau dans la haute troposphère-basse stratosphère tropicale et du monoxyde de carbone troposphérique à partir d'observations spatiales PDF Download
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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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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.
Author: Xiaoman Liu Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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L’eau est un composé essentiel du système climatique et chimique de la stratosphère. Le but principal de ma thèse était d’étudier l’impact des systèmes convectifs tropicaux intenses, qui pénètrent dans la stratosphère (overshoot) sur le bilan de l’eau stratosphérique à l’échelle locale. Le rôle des overshoots à l’échelle du globe est encore très débattu. Pour cela, j’ai étudié deux cas d’observation issus de la campagne SCOUT-AMMA en Afrique de l’ouest. Je les ai modélisés avec le modèle atmosphérique 3D méso-échelle BRAMS. On peut ainsi quantifier leur rôle sur le bilan de l’eau stratosphérique. On peut résumer les principaux résultats de la manière suivante. Pour une simulation avec microphysique à double moment, on estime que l’overshoot observé au sud du Tchad injecte irréversiblement entre 330 t et 507 t d’eau dans la stratosphère, en accord avec les très rares estimations de ce type par les modèles. On confirme que les mesures élevées de vapeur d’eau, au-dessus de Niamey pendant SCOUT-AMMA 30 h plus tard dans la même masse d’air, semblent être liées à ce cas. Un autre cas à été étudié au-dessus de l’Aïr et il est montré que ce cas hydrate moins la stratosphère : une valeur maximum typique de 230 t d’eau est estimée, montrant ainsi une variabilité des overshoots sur l’hydratation de la stratosphère. Cette différence entre les deux cas est principalement due à des conditions plus humides pour l’Aïr : les particules de glace injectées dans la stratosphère par l’overshoot subliment moins efficacement, ce qui au contraire favorise leur sédimentation. Afin d’étudier l’incertitude des estimations des modèles sur l’hydratation de la stratosphère, j’ai effectué des tests de sensibilité sur les réglages du modèle, en particulier les réglages microphysiques du modèle. Une simulation du cas tchadien a été réalisée avec un schéma microphysique simple moment. On montre alors une hydratation bien plus importante, de l’ordre de 750 t ~ 950 t, que pour la simulation avec microphysique à double moment. La différence est essentiellement due à des tailles et natures différentes des hydrométéores glacés dans la stratosphère pour chaque cas. Enfin un autre test microphysique a été réalisé en changeant, pour une simulation à double moment, le paramètre de forme de la distribution en taille des hydrométéores. Cette dernière simulation montre un impact beaucoup plus faible sur l’hydratation de la stratosphère (~ 150 t). Tous ces résultats indiquent donc une grande variabilité des estimations des modèles selon le cas étudié et selon les réglages de la simulation. Mieux cerner cette variabilité sera nécessaire avant de pouvoir déduire un impact des overshoots à plus grande échelle. Ce volet sera appréhendé dans un futur projet du laboratoire
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La première partie de cette thèse contribue à l’évaluation de différentes mesures de vapeur d’eau dans la haute troposphère et basse stratosphère tropicale. Malgré que des biais importants soient observés entre les instruments, certains peuvent être utilisés dans des études scientifiques. La seconde partie de cette thèse s’est focalisée sur les mécanismes introduisant de la vapeur d’eau en basse stratosphère et plus particulièrement sur les échanges méridiens quasi-horizontaux et adiabatiques entre la troposphère subtropicale et la stratosphère des moyennes latitudes. Un modèle adiabatique est adapté pour transporter l’eau sous ses trois phases avec un module de microphysique simplifié. Plusieurs initialisations de la vapeur d’eau sont testées. Le modèle, utilisé pour quantifier un cas d’étude au-dessus de l’Europe, s’avère capable de reproduire les cirrus observés et montre que ce type d’apport de vapeur d’eau est aussi important que ceux liés à la mousson ou à la convection profonde.
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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.
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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.
Author: Canada. Defence Research Board Publisher: Reprinted from Journal of Atmospheric Science, Vol. 27, No. 3, May 1970. ISBN: Category : Languages : en Pages : 11
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Water vapor concentrations in the upper troposphere and lower stratosphere from 70N to 40S over North and South America were deduced from solar spectra recorded on 56 flights of a high flying jet aircraft. Ambient concentrations between 10.7 and 18.3 km declined with altitude at all latitudes to a minimum at about 2 km above the local tropopause, and remained nearly constant thereafter to 18.3 km. Although seasonal variance was pronounced in the troposphere over New Mexico, changes of only a few per cent were observed in the lower stratosphere, assuming uniform mixing from 17.7 km to the top of the atmosphere. The mean latitudinal distribution of water vapor in the lower stratosphere measured during the Northern Hemispheric winter of 1967-68 showed a maximum concentration of 1.75 mg/kg at 65N and a progressive decline to a minimum of 1.25 mg/kg near 30S. Intermediate minima and maxima were also observed at 25N and 10N, respectively. (Author).
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La mesure du niveau de la mer par altimétrie satellitaire est perturbée par la présence de vapeur d'eau dans l'atmosphère. Un radiomètre micro-onde, sur les missions altimétriques, est chargé de corriger les mesures de ces perturbations. Les exigences quant à la qualité de cette correction, appelée correction troposphérique humide, sont particulièrement fortes pour l'étude des changements climatiques. Cette thèse a pour objet l'étude des corrections troposphériques humides utilisées dans le cadre des missions altimétriques Jason-1 et Envisat. L'objectif est de caractériser les incertitudes liées à la correction et d'identifier les potentielles anomalies présentes. L'étude faire ressortir une potentielle dérive dans l'étalonnage du radiomètre de la mission Jason-1 après 2008. Pour la mission Envisat, l'analyse met en avant des biais régionaux à l'approche des côtes. Ces derniers sont probablement liés au traitement de la donnée radiométrique.
Author: Édouard Lees Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Les stations GNSS terrestres, du fait de leur précision et de leur faible coût, restent à ce jour le principal moyen d'observation de la vapeur d'eau à toutes les échelles spatio-temporelles. Ce gaz à effet de serre, qui module de manière importante la convection profonde dans les régions tropicales, est à l'origine de phénomènes extrêmes tels que sécheresses, inondations et cyclones tropicaux, auxquels le bassin sud de l'océan Indien est particulièrement vulnérable. Ce mémoire porte sur l'exploitation de mesures de vapeur d'eau par GNSS collectées dans l'océan Indien par un ensemble de stations du réseau mondial IGS et du réseau IOGA4MET, récemment déployé dans le cadre du programme de recherche ReNovRisk-Cyclones et Changement Climatique. La première partie de cette thèse rappelle la méthode de calcul de la colonne intégrée en vapeur d'eau par GNSS et présente une intercomparaison entre les mesures obtenues par les stations du réseau IGS et divers autres capteurs (satellites micro-ondes, radiosondages) disponibles dans le bassin sud de l'océan Indien. Ces mesures sont ensuite utilisées dans un second temps pour étudier la variabilité de la vapeur d'eau à différentes échelles spatio-temporelles. Les résultats obtenus montrent que la variabilité annuelle est très variable à l'échelle régionale et d'autant plus forte à mesure que l'on s'éloigne de l'équateur. À plus petite échelle, le cycle diurne de la vapeur d'eau apparaît fortement piloté par les interactions entre la dynamique atmosphérique de grande échelle et les circulations locales, notamment dans le cas d'îles tropicales telles que Madagascar et La Réunion.
Author: Fabien Carminati
Author: Fabien Carminati
Author: Xiaoman Liu
Author: Nadège Montoux
Author: Damien Héron
Author: Valérie Thouret
Author: Canada. Defence Research Board
Author: Dina Khordakova
Author: N. Louisnard
Author: Soulivanh Thao
Author: Édouard Lees