THEMATIQUES TRANSVERSES

Optimisation des savoir-faire

 

Les thématiques transverses définies pour le prochain contrat quinquennal ont été organisées autour de deux thématiques scientifiques et une action transverse de coopération régionale. L'idée est d'organiser une collaboration fructueuse entre les équipes du laboratoire permettant d'optimiser les savoir-faire, l'exploitation des observations et des modélisations numériques. Ces thématiques traverses ne développent donc pas de nouvelle problématique scientifique. Les axes de recherches transverses sont pleinement intégrés dans les projets de chaque équipe.

 

Echanges physico-chimiques dans l'UT-LS

 

Un premier axe transversal concerne les échanges physico-chimiques dans l'UT-LS tropicale. Essentiellement porté par les préoccupations scientifiques des équipes « Troposphère » et « Stratosphère », ce sujet intègre l'équipe « Cyclones » notamment à travers l'exploitation des simulations de cyclones tropicaux ou d'événements convectifs intenses. Pour l'équipe « Troposphère » il s'agira de mettre en évidence les mécanismes troposphériques qui affectent l'introduction de vapeur d'eau, d'aérosols et de composés chimiques traces dans la basse stratosphère et d'étudier les intrusions d'air stratosphériques chargés en ozone. Pour l'équipe « Stratosphère », il s'agira d'étudier la redistribution et les impacts chimiques des composés troposphériques dans la stratosphère. Une attention particulière sera portée à la vapeur d'eau comme gaz à effet de serre et précurseur de cirrus sub-visibles et sur les aérosols impactant la production d'ozone dans la basse stratosphère. Cet axe scientifique reposera sur une approche conjointe modélisation-observation. Les observations de l'OPAR seront évidemment centrales et seront complétées par l'utilisation de produits satellitaires (COSMIC/FORMOSAT-3, MLS/Aura, AIRS/Aura, SAPHIR/MEGHA-Tropique, IASI/MétOp, etc.). Les outils numériques seront renforcés par l'utilisation plus systématique de FLEXPART de MesoNH et de MOCAGE.

 

Ce schèma, inspiré de Holton et al. (1995), illustre les processus physiques mis en jeu au niveau de la haute troposphère basse stratosphère (en anglais: Upper Troposphere and Lower stratosphere ou UTLS) tropicale.

L'UTLS tropicale, entre 14-20km d’altitude, joue un rôle clé dans la circulation générale puisqu’elle est le lieu d’entrée des masses d’air troposphériques dans la stratosphère (Holton et al., 1995). La zone de l’UTLS située entre les courants jet subtropicaux nord et sud est appelée TTL (Tropical Transition Layer; Flueglistaler et al., 2009). On sait depuis Brewer (1949) que l'air troposphérique rentre principalement dans la stratosphère au niveau des tropiques à travers la TTL et redescend dans la troposphère aux moyennes et hautes latitudes. La TTL joue donc un rôle clé puisqu’elle est la "porte d’entrée" de nombreuses espèces chimiques troposphériques dont le temps de résidence dans la stratosphère est de l’ordre de 2 ans (Rosenlof et al., 1995). Ces espèces peuvent modifier l’équilibre chimique de l’ozone et contrôler la concentration de vapeur d’eau dans la stratosphère.

Les processus influençant le bilan chimique de l’UTLS tropicale ne sont pas encore clairement établis. La variabilité de l’ozone et de la vapeur d’eau dans l’UTLS tropicale peut être influencée par des processus diabatiques (convectifs et radiatifs), la convection profonde, la circulation stratosphérique de Brewer Dobson, l'oscillation des vents , des échanges entre les tropiques et les moyennes latitudes, mais aussi par des circulations troposphériques à grande échelle tels que la cellule d'Hadley et la circulation de Walker (Kley et al., 2000). Les cirrus tropicaux se forment en altitude et peuvent également contribuer à déshydrater la TTL. Certains processus dynamiques gouvernant les interactions entre tropiques et moyennes latitudes sont également mal compris, comme par exemple les échanges tropiques-extratropiques associés au déferlement des ondes de Rossby.


Les objectifs généraux de l'étude des processus d'échange au niveau de l'UTLS sont les suivants :

  • Caractériser le rôle respectif des mécanismes contrôlant la variabilité de la vapeur d’eau et de l’ozone dans l’UTLS tropicale et leur variabilité à différentes échelles temporelles, et notamment l’impact de la barrière subtropicale sur la composition chimique de l'UTLS tropicale.
  • Caractériser l'impact des processus méso-échelle intenses comme les cyclones tropicaux ou la convection profonde sur la structure de l'UTLS tropicale
  • Comprendre l’interaction de ces processus et des cycles interannuelles comme l’ENSO/la QBO en étudiant le lien entre température de surface océanique, régime de convection et UTLS tropicale.
  • Évaluer comment l’UTLS tropicale évolue dans un contexte de changement climatique. L'UTLS contrôle l’équilibre chimique de la stratosphère et donc en retour le bilan radiatif terrestre (e.g. Solomon et al., 2010).

 

 

Interactions aérosols-nuages

 

Le deuxième axe transverse repose essentiellement sur une action de coopération entre l'équipe« Troposphère » et « Cyclones » autour des interactions aérosols-nuages. Cette action de collaboration est soutenue par le besoin réciproque des compétences de l'équipe « Troposphère » dans la modélisation des aérosols et de leurs propriétés CCN et IN (ORILAM) et celles de l'équipe « Cyclones » dans la modélisation des nuages et des précipitations. Les objectifs pour les aérosols sont d'avancer sur la paramétrisation de l'aérosol marin, la formation de matière secondaire notamment organique et les propriétés CCN de l'aérosol en lien avec l'état de mélange entre les sulphates, les sels marins et les organiques primaires etsecondaires d'origine marine ou biogénique. Pour l'équipe « Cyclones », l'objectif est d'estimer par des études de sensibilité l'impact des aérosols sur le cycle de vie des nuages orographiques. Ces études se placent dans le cadre du développement d'un nouveau schéma microphysique multi-moment dans MesoNH en association avec le CNRM, le LA et le CERFACS qui pourrait ensuite intégrer le modèle de prévision numérique opérationnel AROME. Les paramétrisations et simulations numériques seront portées par le déploiement d'une campagne de mesures commune autour de l'observation des aérosols et de leurs propriétés physico-chimiques (optiques, dimensionnelles, chimiques, CCN, IN) et de la microphysique nuageuse (nuages, spectre gouttelettes, précipitations) sur La Réunion en association avec plusieurs équipes de métropoles partenaires (CNRM, LSCE, LaMP, LA, LATMOS...). Ces observations additionnelles seront complétées par les moyens actuels de l'OPAR.

 

Diagramme du projet RUNCLOUD sur les interactions aérosols-nuages-précipitations.

 

 

Coopérations régionales

 

La dernière action transversale concerne le développement des actions de coopérations régionales autour des pays de l'océan Indien. Le laboratoire porte des collaborations dans la zone océan Indien, notamment avec l'Inde, l'Afrique du Sud, l'Australie et des pays de la COI (Commission de l’Océan Indien). Ces actions sont soutenues par l'implication et le rôle moteur d'Hassan Bencherif autour de collaborations bilatérales historiques fortes avec l'Afrique du Sud (GDRI ARSAIO) et autour du Master Télédetection des Risques Naturels (TRN) co-dirigé entre l'Université de La Réunion et l'Institut et Observatoire Géophysique d'Antananarivo (IOGA) de Madagascar. Pour le LACy, le maintien de ces coopérations est nécessaire pour son ancrage régional et une action forte du laboratoire sera de trouver les moyens de les renforcer par des campagnes d'observations conjointes. C'est dans cet esprit qu'un projet régional intitulé GDRI-CAP (Climat - Atmosphère - Pollution) a été soumis en 2013 sur les FEDER1 dans le cadre du POCT2. Ce projet vise à étudier la variabilité et le transport des composés dans le sud-ouest de l'océan Indien et caractériser l'impact radiatif des aérosols dans la troposphère tropicale.

Parallèlement, l'équipe « Cyclones » a relancé des collaborations scientifiques avec le CAWCR (Australie) sur la prévision d'intensité, les structures cycloniques et la modélisation des températures de brillance. Cette collaboration bilatérale entre les équipes du LACy et du CAWCR bénéficiera à la prévision cyclonique sur le sud-ouest de l'océan Indien, zone dont Météo-France a la responsabilité en tant que Centre Météorologique Régional Spécialisé. Le renforcement des collaborations autour des pays de la COI3 est un élément central du projet du LACy. Il est clair que l'océan Indien a été globalement peu étudié et compte tenu du nombre infime de laboratoires scientifiques régionaux travaillant sur l'atmosphère, le partenariat scientifique est une nécessité. La Réunion joue aussi un rôle important pour la France et l'Europe dans ses missions de formation, de développement et de partenariat économique, culturel et scientifique. Le LACy doit s'inscrire dans la durée dans cette démarche de coopération régionale comme un des interlocuteurs principaux des pays de la COI pour les sciences atmosphériques.



1 Fonds Européens de Développement Régional
2 Programme Opérationnel de Coopération Territoriale
3 Commission de l'Océan Indien