Influence du trou d'ozone antarctique et la dynamique atmosphérique sur l'ozone dans le sud du Brésil

Influência do Buraco de Ozônio Antártico e dinâmica atmosférica sobre o Ozônio no Sul do Brasil

Influence of the Antarctic Ozone Hole and Atmospheric Dynamics on Ozone in Southern Brazil

• Auteur / Autrice : Gabriela Dornelles Bittencourt
• Direction : Hassan Benchérif, Damaris Kirsch Pinheiro
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de l'atmosphère
• Date : Soutenance le 22/08/2022
• Etablissement(s) : La Réunion en cotutelle avec Universidade federal de Santa Maria (Brésil)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Technologies et Santé (Saint-Denis, La Réunion ; 2010-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'atmosphère et cyclones (Saint-Denis, Réunion)
• Jury : Président / Présidente : Luiz Angelo Steffenel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nelson Bègue, Vagner Anabor
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Boiaski Tissot, Lucas Vaz Peres

Mots clés

Mots clés contrôlés

Circulation atmosphérique

Stratosphère

Troposphère

Brésil (sud)

Ozone atmosphérique -- Réduction

Antarctique

Couche d'ozone -- Réduction

Mots clés libres

Ozone

Trou d'ozone Antarctique

Profil vertical

Dynamique atmosphérique

Ozônio

Buraco de Ozônio Antártico

Perfil Vertical

Dinâmica Atmosférica

Ozone

Antarctic Ozone Hole

Vertical Profile

Atmospheric Dynamics

Résumé

Le printemps austral dans l'hémisphère sud présente des réductions temporaires de la teneur en ozone principalement dans la région antarctique connue sous le nom de trou d'ozone antarctique (AOH). Cependant, des études montrent une influence dans les régions de latitude moyenne, comme le sud du Brésil, où des jours avec des diminutions temporaires de la colonne d'ozone totale (COT) sont identifiés. L'objectif principal de cette thèse est d'étudier cette influence de l'AOH sur la région sud du Brésil, en utilisant les données de la colonne d'ozone totale et des profils verticaux qui aideront à identifier la hauteur préférentielle à laquelle ces diminutions se produisent dans le sud du Brésil, en plus à analyser le comportement dynamique de l'atmosphère lors de ces événements dans la période de 42 ans de données (1979-2020). La méthodologie utilisée comprend l'analyse des données quotidiennes moyennes de la colonne totale d'ozone à travers des instruments de surface (spectrophotomètre Brewer), des données satellitaires (TOMS et OMI), et de comparer les données de réanalyse de l'ECMWF-ERA5, pour l'identification des événements d'influence de l'AOH sur la région sud du Brésil. L'analyse du contenu vertical des données O3 du satellite TIMED/SABRE fournit des données quotidiennes de 15 a 105 km d'altitude et dispose de 17 années de profils O3 disponibles sur la période de 2002 à 2018. La validation de ces données était nécessaire, et pour cela le réseau SHADOZ de mesures de sondes d'ozone a été utilisé pour effectuer cette validation à travers la saison tropicale au Natal/RN comme référence. Cette validation a montré un bon accord entre les deux instruments, permettant l'utilisation de SABER pour l'analyse des événements d'influence AOH. À partir de là, 102 événements ont été identifiés qui ont influencé Santa Maria/RS avec une diminution temporaire de la teneur en O3 au cours de la période, et avec une chute moyenne entre 24 et 28,1 km d'altitude. Dans l'analyse dynamique, les champs stratosphériques ont montré une augmentation du tourbillon potentiel dans la moyenne des événements, principalement dans les mois de septembre et octobre. Dans la dynamique de la section verticale de l'atmosphère, la présence constante de jets stratosphériques et troposphériques dans la moyenne des événements, indique une forte influence que ces systèmes ont lors de l'occurrence des événements à effet secondaire AOH sur Santa Maria/RS.

A primavera austral no Hemisfério Sul apresenta reduções temporárias do conteúdo de ozônio principalmente na região Antártica conhecida como Buraco de Ozônio Antártico (AOH). Porém, estudos mostram uma influência sob regiões de médias latitudes, como o Sul do Brasil, onde são identificados dias com diminuições temporárias da coluna total de ozônio (CTO). Com isso, o objetivo principal dessa tese é investigar essa influência do AOH sobre a região sul do Brasil, utilizando dados da coluna total de ozônio e de perfis verticais que vão ajudar a identificar a altura preferencial em que essas diminuições ocorrem no sul do Brasil, além de analisar o comportamento dinâmico atmosférico durante esses eventos no período 42 anos de dados (1979 a 2020). A metodologia utilizado compreende a análise de dados médios diários da coluna total de ozônio através de instrumentos de superfície (Espectrofotômetro Brewer), dados de satélites (TOMS e OMI), e para comparação dados de reanálise do ECMWF-ERA5, para a identificação de eventos de influência do AOH sobre a região Sul do Brasil. A análise do conteúdo vertical de O3 dados do satélite TIMED/SABER disponibilizam dados diários de 15 a 110 km de altura e possuem 17 anos de perfis de O3 disponíveis no período de 2002 a 2018. A validação desses dados se fez necessária, e para isso foi utilizada a rede SHADOZ de medidas de ozonesondes para realizar essa validação através da estação tropical em Natal/RN como referência. Essa validação apresentou uma boa concordância entre os dois instrumentos, viabilizando o uso do SABER para as análises dos eventos de influência do AOH. A partir disso, foram identificados 102 eventos que influenciaram Santa Maria/RS com diminuição temporária no conteúdo de O3 durante o período, e com queda média entre 24 e 28,1 km de altitude. Nas análises dinâmicas os campos estratosféricos mostraram o aumento da vorticidade potencial na média dos eventos, principalmente nos meses de setembro e outubro. Na dinâmica do corte vertical da atmosfera a presença constante dos jatos estratosféricos e troposféricos na média dos eventos, indica forte influência que esses sistemas possuem durante a ocorrência dos eventos de efeito secundário do AOH sobre Santa Maria/RS.

The austral spring in the Southern Hemisphere presents temporary reductions in ozone content mainly in the Antarctic region known as the Antarctic Ozone Hole (AOH). However, studies show an influence in mid-latitude regions, such as southern Brazil, where days with temporary decreases in the total ozone column (TCO) are identified. The main objective of this thesis is to investigate this influence of AOH on the southern region of Brazil, using data from the total ozone column and vertical profiles that will help to identify the preferential height at which these decreases occur in southern Brazil, in addition to analyzing the atmospheric dynamic behavior during these events in the period 42 years of data (1979 to 2020). The methodology used comprises the analysis of average daily data of the total column of ozone through surface instruments (Brewer Spectrophotometer), satellite data (TOMS and OMI), and to compare reanalysis data from the ECMWF-ERA5, for the identification of events of influence of the AOH on the southern region of Brazil. The analysis of the vertical content of O3 data from the TIMED/SABER satellite provides daily data from 15 to 105 km in height and has 17 years of O3 profiles available in the period from 2002 to 2018. The validation of these data was necessary, and for that the SHADOZ network of ozonesondes measurements was used to carry out this validation through the tropical season in Natal/RN as a reference. This validation showed a good agreement between the two instruments, enabling the use of SABER for the analysis of AOH influence events. From this, 102 events were identified that influenced Santa Maria/RS with a temporary decrease in O3 content during the period, and with an average drop between 24 - 28.1 km in altitude. In the dynamic analysis, the stratospheric fields showed an increase in the potential vorticity in the average of the events, mainly in the months of September and October. In the dynamics of the vertical section of the atmosphere, the constant presence of stratospheric and tropospheric jets in the average of the events, indicates a strong influence that these systems have during the occurrence of the AOH secondary effect events on Santa Maria/RS.