Étude de la variabilité et la tendance de l'ozone stratosphérique au-dessus des tropiques et subtropiques sud

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• Auteur / Autrice : Mohamed Toihir Abdoulwahab
• Direction : Hassan Benchérif, Sivakumar Venkataraman
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de l'atmosphère
• Date : Soutenance le 24/08/2016
• Etablissement(s) : La Réunion
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Technologies et Santé (Saint-Denis, La Réunion)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'atmosphère et cyclones (Saint-Denis, Réunion)
• Jury : Président / Présidente : Alain Hauchecorne
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sivakumar Venkataraman, Andrea Pazmiño, Laaziz El Amraoui, Thierry Portafaix
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alain Sarkissian

Mots clés

Mots clés contrôlés

Stratosphère

Cycle solaire

ENSO (météorologie)

Couche d'ozone -- Réduction

Hémisphère sud

Ozone atmosphérique

Mots clés libres

Ozone stratosphérique

Variabilité

Tendance

Qbo

Enso

Cycle solaire

Hemisphère sud

Trend-Run

Stratospheric ozone

Variability

Trend

Qbo

Enso

Solar cycle

Southern hemisphere

Trend-Run

Résumé

L'ozone joue un rôle primordial sur l'équilibre photochimique de l'atmosphère et participe au processus d'équilibrage radiatif entre les deux hémisphères (Mecke, 1931). Dans la troposphère, l'ozone détermine la capacité oxydante de la majorité des gaz et absorbe continuellement dans la stratosphère les radiations ultraviolettes nocives (McMicheal et al., 2003). D'où l'intérêt de surveiller la variation de la couche d'ozone de façon régulière. Il a été constaté au début des années 80, une diminution inquiétante et progressive de la colonne totale de l'ozone dûe aux émissions anthropiques des substances riches en chlore, brome et fluor. Ce constat a conduit au Protocole de Montréal en 1987 dont l'objectif est de mettre en place une politique internationale visant à réduire les émissions des substances appauvrissant l'ozone. Dix ans après la signature du dit Protocole, la concentration de ces substances commence à diminuer dans l'atmosphère et la prospection d'un recouvrement progressif de la couche d'ozone demeure aujourd'hui un sujet d'actualité (UNEP/PNUE, 2009 ; OMM, 2010 et 2014). Les besoins d'aujourd'hui sont de réaliser des mesures continues et fiables de l'ozone dont leurs exploitation dans des méthodes et/ ou des modèles bien adaptés à la problématique aideront la communauté à suivre l'évolution de l'ozone et d'estimer les tendances à long terme. Dans ce travail, une variété de produits d'ozone issue de différents instruments a été combinée pour construire des bases des données fiables et homogènes afin d'étudier sa variabilité et d'estimer la tendance de l'ozone dans les régions tropicale et subtropicale sud. L'application de ces bases de données sur les ondelettes a permis d'identifier les principaux forçages qui contrôlent la variabilité de l'ozone et la période de retour associée à chaque forçage. Il s'agit des variations saisonnières du climat, les oscillations quasi-biennales, les oscillations australes El-Niño et l'activité solaire dont le cycle moyen est évalué à 11ans. Le comportement et l'influence de chacun de ces paramètres sur la viabilité de l'ozone sont étudiés. Cette étude est faite en s'appuyant sur des méthodes statistiques et sur le modèle Trend-Run. Avec ce modèle, la part de contribution et la réponse de chaque paramètre sur la variabilité de l'ozone sont quantifiées. Les résultats sur les tendances montrent une augmentation de la couche d'ozone avec un taux variant entre 0 et 2.78% par décade (selon la région et le site) sur la période 1998-2012. Cette amélioration est bien observée au-dessus de 22km, surtout aux subtropiques par rapport à la région équatoriale.

Ozone plays an important role on photochemical equilibrium of atmosphere and participate on radiative balance process between hemispheres (Mecke, 1931). In the troposphere, ozone determines the oxidizing capacity of major species and absorbs continuously in the stratosphere the harmful ultraviolet radiation (McMichael et al, 2003). Based on the above facts, it is important to monitor ozone continuously with consistency and accuracy. Global total column ozone (TCO) has depleted gradually since 1980 with an increase of chlorofluorocarbon concentrations in the stratosphere due to anthropogenic activities. In 1987, the Montreal protocol was formulated in order to regulate the emissions of substances that deplete ozone. Concentrations of these substances are observed to decrease ten years after the Montreal protocol. Thus we have been expecting an increase in ozone by now (UNEP/PNUE, 2009; WMO, 2010 and 2014). The current needs are to achieve consistent and reliable measurements in which their exploitation on adapted methods/models can help scientists to follow the ozone evolution and to estimate long term ozone trend. In this work, a variety of ozone products from different instruments was combined in order to create reliable and homogenous dataset to study the ozone variability and trend over the southern tropics and subtropics. The dataset application on wavelets method allowed to identify the dynamic parameters that control ozone variability and their periodicities. These include seasonal variations of climate, the quasi-biennial oscillations, the El-Niño Southern Oscillation and the 11-years solar cycle. The behavior of each parameter and its influence on ozone variability were analysed based on statistical method and the Trend-Run model. The contribution and response of each variable on ozone variability were quantified from the model. The obtained trends results exhibit an increase of total ozone from 1998 to 2012 with a rate varying between 0 and 2.78% par decade (depending of the site and region). The ozone increase was observed mainly above 22 km and it is more important over the subtropical region with respect to equatorial zone.