Hélène VEREMES

« Étude des distributions de vapeur d'eau dans la troposphère et la basse stratosphère en zone tropicale et des processus associés»

Soutenance : Janvier 2016



Dans un contexte de changement climatique, il est important de suivre les tendances des gaz à l'état de traces dans l'atmosphère, qu'ils soient réactifs chimiquement, ou inertes et à effet de serre. Cette thèse s'intéresse à la présence de la vapeur d'eau dans l'atmosphère de la bande tropicale de l'hémisphère Sud. Beaucoup d'incertitudes résident autour des bilans et des processus de transport et de transformation de ce gaz. Ces bilans et processus comportent encore de nombreux verrous scientifiques dans la zone appelée UT/LS (Upper Troposphere / Lower Stratosphere), zone de l'interface entre la troposphère (couche de l'atmosphère météorologique soumise aux émissions terrestres) et la stratosphère (couche supérieure où l'ozone protège la terre des rayons UV solaires). Il est important d'attaquer ces verrous par de nouvelles études pour mieux comprendre les impacts des processus dans un climat changeant.
L'observatoire atmosphérique du Maïdo (La Réunion) a pour vocation la surveillance de paramètres atmosphériques sentinelles de changements aux grandes échelles spatio-temporelles. Les instruments sur site tels que des systèmes LIDAR sont utilisés en routine pour alimenter les bases de données de réseaux d'observations internationaux. Ils sont aussi utilisés dans le cadre de campagnes de recherches dédiées telles que les campagnes MALICCA (MAïdo Lidar Calibration CAmpaign) organisées autour de la validation et de la calibration du lidar vapeur d'eau innovant de l'observatoire du Maïdo et autour de l'étude de processus de transport et d'échanges dans la zone UT/LS. Les échanges stratosphère-troposphère qui ont eu lieu pendant ces campagnes seront étudiés dans le cadre de cette thèse. L'objectif principal est de caractériser et de quantifier ce type d'échanges grâce aux analyses ECMWF, à des calculs d'advection d'ozone et de tourbillon potentiel réalisés avec le modèle lagrangien LACyTRAJ et à des simulations Méso-NH (modèle méso-échelle). Des informations supplémentaires seront obtenues grâce à des observations couplées ozone/vapeur d'eau ou encore cirrus/vapeur d'eau. Ces travaux devraient donc permettre, à terme, d'améliorer la compréhension des distributions et de la variabilité de l'eau atmosphérique tropicale et particulièrement la vapeur d'eau dans l'UT/LS et des processus qui y sont associés, en valorisant l'outil unique que constitue la station du Maïdo et le lidar Raman qui y est implanté. 

Coupe verticale ouest-est de tourbillon potentiel à 21.4° sud de latitude le 4 avril 2013 à 18h00 TU (Campagne MALICCA-1) – Données ECMWF. Le trait blanc permet de localiser La Réunion par rapport à l'intrusion d'air stratosphérique dans la troposphère. Le tourbillon potentiel étant conservatif lorsque de l'air stratosphérique pénètre dans la troposphère, il joue le rôle de traceur. Des valeurs de tourbillon potentiel inférieures à – 2 PVU dans l'hémisphère sud sont caractéristiques de quantités stratosphériques.

Image METEOSAT du 4 avril 2013 à 18h00 TU – Canal vapeur d'eau. Ces données sont représentatives de la couche de l'atmosphère comprise entre 200 et 500 hPa. Plus une zone est foncée, plus l'air est sec. L'air dans la stratosphère est très sec. Lorsqu'il pénètre dans la troposphère, ce paramètre permet de tracer ce type de masse d'air. Le 4 avril 2013, une masse d'air très sèche déferle au-dessus de La Réunion, il s'agit d'une foliation de tropopause. Des profils d'ozone et de vapeur d'eau restitués grâce aux lidars de la station ont permis de détecter cette intrusion.

 


 

Encadrement :

Jean-Pierre Cammas
Laboratoire de l'Atmosphère et des Cyclones (LACy) - UMR 8105
Université de La Réunion

Jean-Luc Baray (LaMP/OPGC)

Philippe Keckhut (LATMOS)