Author: Noureddine Semane Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 160
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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.
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La region de la tropopause est particulierement importante du point de vue de la dynamique et de la chimie de l'atmosphere. L'objectif est ici de contraindre des simulations numeriques par assimilation d'observations afin d'obtenir une meilleure representation du champ d'ozone dans cette region. Pour cela on utilise le modele de chimie-transport MOCAGE de Meteo-France, et les observations d'ozone du programme europeen MOZAIC. Notre etude a montre que le principal defaut du modele est une tendance a lisser le gradient vertical d'ozone a la tropopause, et que l'assimilation a pour effet de corriger ce defaut. Plusieurs techniques d'assimilation ont ete developpees et comparees. Les meilleurs resultats correspondent a une assimilation dans un systeme de coordonnees epousant le flux. Les analyses produites servent ensuite de base a une etude des echanges d'ozone a la tropopause.
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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.
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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: David Saint-Martin Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 138
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L'importance du rôle de l'atmosphère moyenne dans le forçage des autres composantes du système climatique est aujourd'hui largement reconnue. Cela tient notamment à la place centrale occupée par l'ozone dans le bilan radiatif de l'atmosphère et aux conséquences sur la circulation atmosphérique de la destruction de l'ozone. Il apparaît également que la dynamique de la stratosphère influence de manière substantielle la variabilité dans la troposphère. Durant cette thèse, nous nous sommes attachés à développer des pistes d'amélioration de la modélisation de l'atmosphère moyenne dans le modèle de circulation générale, ARPEGE-Climat, tout en examinant le rôle potentiel de cette amélioration dans la circulation troposphérique. Nous étudions tout d'abord, par des expériences numériques idéalisées, l'influence de la stratosphère équatoriale sur la dynamique extra-tropicale. Cette étude montre sans ambiguïté qu'une simulation précise de la circulation aux hautes latitudes de l'hémisphère nord ne peut se passer d'une représentation réaliste de la stratosphère tropicale. Nous décrivons ensuite la mise en oeuvre d'une paramétrisation spectrale des ondes de gravité non orographiques dans le modèle ARPEGE-Climat. L'introduction de cette paramétrisation conduit à une distribution horizontale réaliste du flux de quantité de mouvement dans la stratosphère, à une amélioration de la représentation de la circulation en moyenne zonale ainsi qu'à une meilleure simulation de la variabilité stratosphérique équatoriale. Enfin, le travail s'est orienté sur le développement et la validation d'un modèle de chimie-climat (CNRM-CCM) pour lequel le schéma chimique REPROBUS a été couplé avec le modèle ARPEGE-Climat. Ce nouveau modèle apparaît comme un outil approprié pour l'étude des interactions chimie-climat. L'introduction d'une chimie stratosphérique interactive permet de réduire certains biais chauds à la stratopause tropicale et de représenter de manière plus réaliste les vortex polaires hivernaux.
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Le phénomène de destruction de l'ozone est un sujet vaste mettant en scène de nombreux processus. Il a pour origine l'émission de composés dits gaz sources (SGs) dans la troposphère. Récemment, les espèces à très courte durée de vie (VSLS) ont été identifiées comme SGs possibles. Cependant, elles ne possèdent pas un temps de vie suffisamment long pour atteindre directement la stratosphère. Les VSLS se dégradent au cours de leur transport, conduisant à des composés intermédiaires, les gaz produits (PGs). Les SGs et les PGs des VSLS vont entrer dans la stratosphère au niveau des régions équatoriales où règne un transport vertical rapide, la convection. Les SGs à temps de vie plus long peuvent accéder à la stratosphère par tous les types de transport possibles. Une fois dans la stratosphère, les SGs et PGs vont être convertis en espèces réactives capables de détruire l'ozone. Cette thèse présente l'étude des différentes étapes se produisant avant la destruction de l'ozone : l'émission et le transport des SGs dans l'atmosphère, leur chimie de dégradation au cours de leur transport et enfin leur contribution à la destruction de l'ozone. Les traceurs chimiques tels que CO sont tout d'abord utilisés pour mettre en évidence le transport des SGs et PGs de la troposphère à la stratosphère. Puis, deux études décrivant 2 types d'espèces différentes, entrant dans le processus de destruction de l'ozone, sont présentées : pour OCS (sulfure de carbonyle) et les VSLS bromés (CHBr3 et CH2Br2). OCS est l'un des principaux précurseurs d'aérosols sulfatés présents dans la stratosphère catalysant la destruction de l'ozone par chimie hétérogène. Cependant, sa contribution à cette couche comporte de nombreuses incertitudes. Ses sources d'émissions, sa répartition avec la latitude et sa contribution à la couche d'aérosols sulfatés sont présentées. La contribution des VSLS bromées au brome de la stratosphère est une question en cours de résolution. Leur chimie au cours de leur transport dans l'atmosphère est décrite de manière détaillée.
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LA CAMPAGNE EXPRESSO, S'EST DEROULEE DU 15/11/96 AU 02/12/96 EN REPUBLIQUE CENTRAFRICAINE. LE BUT D'EXPRESSO EST D'ETUDIER LES PROCESSUS D'ECHANGE ENTRE LA BIOSPHERE ET L'ATMOSPHERE EN REGION TROPICALE, ET DE QUANTIFIER L'IMPACT DES EMISSIONS SUR LA COMPOSITION CHIMIQUE DE L'ATMOSPHERE, GRACE A TROIS OUTILS : UNE TOUR DE 60M SITUEE AU CUR DE LA FORET PRIMAIRE AU CONGO, UN AVION INSTRUMENTE, L'ARAT, ET DEUX STATIONS DE RECEPTION DE SIGNAUX DE SATELLITES NOAA-AVHRR. DEUX ECOSYSTEMES SONT ETUDIES : LA SAVANE HUMIDE, ET LA FORET TROPICALE SEMPERVIRENTE. L'ETUDE DE LA BASSE TROPOSPHERE PERMET DE QUANTIFIER LES BILANS D'ENERGIE DE SURFACE ET D'ENERGIE CINETIQUE TURBULENTE AU DESSUS DES DEUX ECOSYSTEMES. LES DEUX ECOSYSTEMES SONT ENCORE INFLUENCES PAR LA MOUSSON A CETTE PERIODE, ET LES TRANSFERTS TURBULENTS SONT PLUS EFFICACES SUR LA SAVANE. D'AUTRES PROCESSUS PARTICIPENT AU MELANGE DANS LA COUCHE LIMITE ET AU TRANSFERT DES POLLUANTS VERS LA TROPOSPHERE LIBRE (TELS L'ENTRAINEMENT), ET CERTAINS NE SONT PAS MESURABLES EN AVION (TELS LES MOUVEMENTS COHERENTS). LA PROXIMITE DE L'ITCZ CONTRIBUE A AUGMENTER LES TRANSFERTS HORIZONTAUX ET VERTICAUX. CES TRANSFERTS SONT ENSUITE ANALYSES A L'AIDE DU CO, PUISQUE SA DUREE DE VIE PERMET DE LE CONSIDERER COMME UN TRACEUR INERTE DES COMBUSTIONS DE BIOMASSE. CE TRACEUR CARACTERISE BIEN LA SOURCE DE POLLUTION ATMOSPHERIQUE PENDANT LA SAISON SECHE, (LES FEUX DE SAVANE). LES CONCENTRATIONS FORTES RENCONTREES SUR LA FORET PERMETTENT DE PENSER QUE LES ECHANGES VERTICAUX ET HORIZONTAUX SONT TRES PRESENTS. D'AUTRES COMPOSES SONT ANALYSES, DE FACON A COMPRENDRE LES ECHANGES ENTRE LES COUCHES DE LA TROPOSPHERE. LES FLUX DE CO 2 ONT ETE MESURES PAR REA DEVELOPPEE EN ANNEXE). ON UTILISE UN MODELE MESOECHELLE EN 3D POUR RENDRE COMPTE DE LA CIRCULATION ATMOSPHERIQUE COMPLEXE DANS LA REGION DE L'ITCZ : LE MODELE RAMS. COUPLE A CE MODELE, UN MODULE CHIMIQUE PERMET D'ETUDIER LA REDISTRIBUTION D'UN TRACEUR INERTE A PARTIR DES ZONES SOURCES DEDUITES D'UNE CARTE DE FLUX. LES PROFILS ISSUS DU MODELE SONT COMPARES AUX PROFILS EXPERIMENTAUX, AFIN DE POUVOIR CORRIGER LA CARTE DE FLUX QUI SURESTIME LES EMISSIONS.
Author: Robert Delmas Publisher: Belin ISBN: 2701185556 Category : Science Languages : fr Pages : 667
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Depuis le début des années 1970, la pollution atmosphérique et ses effets sur le système climatique représentent une menace pour l'avenir de notre planète. Les interactions complexes entre la composition chimique de l'atmosphère et le climat font actuellement l'objet d'études passionnantes, car la définition d'une stratégie en faveur d'un développement durable de la Terre constitue un enjeu fondamental pour nos sociétés. Ces études font intervenir les processus physiques de l'atmosphère, les cycles biogéochimiques, les changements climatiques, les relations Terre-Soleil, tout en prenant en compte les interactions avec les systèmes politiques, économiques et sociaux. Cet ouvrage collectif, réunissant de nombreux spécialistes français, couvre différents aspects de la physique atmosphérique et de façon plus exhaustive la chimie de l'atmosphère. Il constitue la première synthèse en français de l'état des connaissances sur ces sujets et s'appuie sur les résultats récents de la recherche, menée souvent dans un cadre international. Il permettra aux chercheurs et aux étudiants d'appréhender les questions de la chimie atmosphérique et de les situer dans le contexte des changements globaux.
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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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DANS L'ETUDE DES INTERACTIONS STRATOSPHERE-TROPOSPHERE (DIFFUSION VERTICALE, ADVECTION, TRANSFERT TURBULENT) ON UTILISE LES RAPPORTS DE CONCENTRATION **(210)PO/**(210)PB, DESCENDANTS DU RADON 222. POUR ELIMINER LES SOURCES DE CONTAMINATION ON DECRIT DES MODIFICATIONS ET AMELIORATIONS DE LA CELLULE DE PRELEVEMENT. ON EXPOSE LE TRAITEMENT CHIMIQUE DU FILTRE. ON ANALYSE LES RESULTATS OBTENUS EN RECHERCHANT LES SOURCES DE DESEQUILIBRE DANS L'INTERACTION AVEC LES EAUX DE SURFACE ET LES EFFETS DES EMISSIONS VOLCANIQUES. CETTE DERNIERE ORIGINE SEMBLE LA PLUS PROBABLE ET ON SUGGERE UN TRAITEMENT PARTICULIER DES ETUDES EN FONCTION DE LA PHASE DE L'ACTIVITE VOLCANIQUE
Author: Noureddine Semane
Author: Marie-Laure Cathala
Author: Yann Cohen
Author: Fabien Carminati
Author: David Saint-Martin
Author: Gisèle Krysztofiak
Author: Claire Delon
Author: Robert Delmas
Author: Valérie Thouret
Author: Alain Buisson