Dynamique de la stratosphère au printemps et en été : étude des couplages tropiques/pôles

On the stratospheric dynamics in spring and summer : a tropics/poles coupling study

• Auteur / Autrice : Rémi Thiéblemont
• Direction : Nathalie Brun-Huret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l’atmosphère
• Date : Soutenance le 19/10/2012
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique et chimie de l'environnement et de l'espace (Orléans ; 2012-...)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Dudok De Wit
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nathalie Brun-Huret, Thierry Dudok De Wit, Sophie Godin-Beekmann, Jean-Luc Attié, Chantal Claud, Claude Camy-Peyret, Alain Hauchecorne
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Sophie Godin-Beekmann, Jean-Luc Attié

Mots clés

Mots clés contrôlés

Masses d'air

Circulation atmosphérique

Stratosphère

Changements climatiques

Mots clés libres

Stratosphère

Intrusions de masses d'air

Modèle de transport

Activité ondulatoire

Anticylone

Printemps

Stratosphere

Intrusions

Advection model

Wave activity

Anticyclone

Spring

Résumé

La dynamique de la stratosphère au printemps et en été reste à ce jour largement inexplorée. Or dans les contextes actuels du recouvrement de la couche d’ozone et de l’augmentation des émissions de gaz à effet de serre, une amélioration de la compréhension des processus dynamiques contrôlant la stratosphère s’avère nécessaire, afin de mieux appréhender l’évolution du climat dans le futur. Des observations satellitaires récentes du printemps/été arctique ont montré l’existence de phénomènes de transport irréversibles depuis les régions tropicales vers la région arctique. Cependant, les mécanismes associés à ces évènements restent mal connus. Ce travail de thèse consiste en l’analyse dynamique et climatologique de ces phénomènes, afin d’évaluer les mécanismes responsables de leur développement et de leur fréquence d’apparition. Une attention particulière est donnée aux rares évènements, où la signature de l’intrusion persiste dans une anomalie anticyclonique jusqu’en été, soit plusieurs mois après son établissement en région polaire. Les données des instruments satellitaires MLS/Aura et MIPAS/ENVISAT, de l’instrument ballon SPIRALE, et le modèle d’advection MIMOSA ont permis d’identifier, caractériser et quantifier ces évènements. L’analyse des conditions dynamiques a été faite à partir des données météorologiques réanalysées de L’ECMWF. Enfin, le développement d’un algorithme de détection systématique de ces intrusions a permis d’en établir une climatologie entre les années 1980 et 2011. Parmi les résultats majeurs de cette étude, il apparaît que la fréquence de ces évènements, contrôlés par l’activité ondulatoire, a fortement augmenté depuis les années 2000. Nous montrons aussi que leur développement au printemps est fortement lié à l’évolution dynamique de la stratosphère durant l’hiver et au régime de circulation intertropicale.

The stratosphere dynamics remains largely unexplored in summer and spring. In the context of the ozone layer recovery and the increasing of greenhouse gases emissions, efforts must be provided to improve our knowledge of the dynamical processes driving the stratosphere. Such improvements would lead to better future climate trends estimates. Recently, spring and summer satellites observations revealed occurrences of irreversible air masses transport from the tropics to the Arctic region. However, the associated mechanisms are poorly understood. The present work consists of dynamical and climatological analyses of these events in order to identify their causes and their occurrence frequency. In particular, we focused on the sporadic events, where the intrusion signal persists several months in the polar region, trapped within an anticyclonic anomaly before disappearing in summer. We used MLS/Aura and MIPAS/ENVISAT satellites data, the SPIRALE balloon borne data and the results of the advection model MIMOSA to identify, characterize and quantify these events. Stratospheric dynamical conditions are investigated using the reanalyses data of the ECMWF. Finally, a systematic algorithm to detect low-latitude intrusions has been developed and applied on MIMOSA results to perform a climatology between 1980 and 2011 The results suggest that the frequency of these events, driven by the planetary wave activity, is increasing since the 21st century. Furthermore, their occurrence in spring appears to depend on the stratospheric dynamical evolution during winter and on the tropical region dynamical regime.