Évaluation du transport isentropique à travers la barrière dynamique stratosphérique subtropicale de l'hémisphère Sud

by Guillaume Kirgis

Doctoral thesis in Physique de l'atmosphère

Under the supervision of Sophie Godin-Beekmann and Hassan Benchérif.

defended on 2008

in La Réunion .

Alternative Title

An evaluation of isentropic transport across the subtropical stratospheric dynamical barrier of the southern hemisphere

Abstract

This thesis focuses on an evaluation of isentropic transport across the subtropical stratospheric dynamical barrier of the southern hemisphere. Our strategy consists in isentropic transport events reconstitution using MIMOSA high-resolution model to advect potential vorticity (PV) fields. This mode was initialized by the european model ERA-40 winds and temperature fields computed over 26 years (1980-2005). DYBAL algorithm has calculated dynamical barrier and mixing intensity. Also the k-means algorithm was applied on PV field to reconstitute laminae which is the characteristic form of isentropic transport events. Finally, subtropical barrier permeability was evaluated by following exchanges across this barrier and the distribution of lateral routes determined. Impact of these events on ozone distribution was estimated as the influence of quasi-biennial oscillation and 11-years solar cycle. Results shows on isentrope 600K an increase of the tropical reservoir and the mid-latitude size with the diminution of the polar vortex. The results indicate also the reduction of exchange intensity across subtropical barrier since the 1980's.

keywords

• Stratosphère -- Hémisphère sud
• Ondes atmosphériques
• Physique de l'atmosphère
• Cycle solaire

Abstract

Cette thèse est consacrée à l'évaluation des échanges entre le réservoir tropical et les moyennes latitudes au travers de la barrière dynamique stratosphérique subtropicale de l'hémisphère sud. La stratégie consiste à reconstituer le transport sur des surfaces isentropes avec le modèle d'advection de contours à haute résolution MIMOSA. Ce modèle a été alimenté par les champs de vorticité potentielle calculée sur 26 années consécutives (1980-2005) à partir des champs de vents et de température du modèle européen ERA-40. L'algorithme DYBAL a calculé l'intensité des barrières dynamiques (barrière subtropicale et vortex polaire) et du mélange. Couplé à l'algorithme des k-moyennes, il a permis la détection en coordonnées géographiques de la position des barrières et donc le calcul de l'extension méridienne des réservoirs stratosphériques. Cet algorithme a également été utilisé pour reconstituer les épisodes filamentaires caractéristiques du transport isentrope. Enfin, la perméabilité de la barrière subtropicale a été évaluée par le suivi des échanges et les routes privilégiées de ces échanges ont été mise en évidence. L'implication de ces événements sur le transport de l'ozone a été estimée ainsi que l'influence de l'oscillation quasi-biennale (QBO) et du cycle solaire-de 11 ans. Les résultats présentent la variabilité dynamique de la stratosphère sur l'isentrope 600K et montrent une augmentation de la taille du réservoir tropical et des moyennes latitudes en correspondance avec le rétrécissement du vortex polaire. Ces résultats indiquent également la diminution de l'intensité des échanges au travers de la barrière dynamique subtropicale depuis les années 1980.