ANR CONCIRTO : Influence de la convection et des cirrus sur la Haute-Troposphère/Basse-Stratosphère au dessus de l’Océan Indien

Responsable scientifique : Stéphanie Evan (stephanie.evan@univ-reunion.fr)

CONCIRTO est un projet jeune chercheur de 4 ans et demi financé par l’Agence Nationale de Recherche. Il vise à étudier l’impact de la convection profonde et des cirrus sur le bilan de vapeur d’eau dans l’UTLS tropical de l’hémisphère sud.

Résumé

Les variations de vapeur d’eau en stratosphère ont un impact important sur le climat. Mais les prédictions de changements de teneur en vapeur d’eau stratosphérique par les modèles climatiques sont incertaines à cause de notre compréhension limitée des processus physiques qui se produisent au niveau de la région de la Tropopause Tropicale (ou TTL: Tropical Tropopause Layer). La TTL joue un rôle clé dans la circulation générale puisqu’elle constitue la porte d’entrée vers la stratosphère des gaz traces. La composition et la dynamique de la TTL sont contrôlées par des processus stratosphériques de grande échelle, la convection profonde, la formation de cirrus et le bilan radiatif. Les variations en vapeur d'eau stratosphérique des modèles climatiques actuels sont biaisées à cause d'incertitudes dans la représentation de la température de la tropopause tropicale, de la convection profonde et de la microphysique des cirrus.
L'étude de la TTL a fait l'objet de campagnes de mesures dans l'Océan Pacifique et l'Amérique du Sud, mais aucune campagne d'observations n'a porté sur l'océan indien (OI).

Or il est possible que le réchauffement des eaux de surface de l'OI ces dix dernières années puisse augmenter la convection profonde et la formation de cyclones tropicaux dans le bassin de l'OI, ce qui ferait de l'OI une source significative de vapeur d'eau en TTL dans les années à venir.

De ce fait, le projet CONCIRTO (2017-2021) vise à approfondir nos connaissances sur la convection profonde et les cirrus et leur influence sur la TTL de l’OI. Les mesures aéroportées ou in-situ sous ballon météorologique permettent d'observer de fines structures dans la TTL qui ne peuvent être observées par les satellites. Ces mesures in-situ, relativement moins onéreuses que les mesures aéroportées, sont essentielles pour la validation des mesures satellites mais aussi pour notre compréhension des processus de plus fine échelle et de leur influence sur la TTL. Ce projet financera donc des mesures simultanées sous ballon de vapeur d’eau, ozone et d’aérosols durant une campagne intensive d’observations en Décembre 2018-Mars 2019. Elles seront complétées par les observations d'un radar nuage polarimétrique sur l'île de la Réunion. Ce jeu de données complétera les mesures existantes de l'Observatoire du Maïdo pour obtenir une vision d'ensemble des processus agissant sur la température et l'humidité de la TTL.

Les objectifs scientifiques sont les suivants:
1) Acquérir des mesures par instruments in-situ, radar et lidar qui permettra d'améliorer la représentation des cirrus et la convection profonde ainsi que leurs effets sur la vapeur d'eau dans les modèles
2) Caractériser les propriétés des cirrus, leurs mécanismes de formation, et leurs effets sur l'humidité dans la TTL

 

3) Déterminer si la convection profonde humidifie la TTL de l'OI

 

Ce projet est basé sur l'analyse des données in-situ sous ballon, radar/lidar et satellite pour établir la composition chimique de la TTL. Une approche combinant modélisation à mésoéchelle (Méso-NH) et lagrangienne (FLEXPART) est aussi utilisée pour comprendre comment les cirrus et la convection profonde contrôlent l'humidité de la TTL de l'Hémisphère Sud.

Campagne de mesures

Lâchers ballons atmosphériques
DatePayloadObservations
03/03/2018CFH, COBALD, iMETSortie convective du cyclone Dumazile
17/03/2018CFH, COBALD, Ozone, iMET, M10Sortie convective du cyclone Eliakim
11/01/2019CFH, COBALD, Ozone, iMET, M10, RS41, RS92Cirrus à 16,5km
24/01/2019CFH, COBALD, Ozone, iMETSortie convective de la tempête tropicale Eketsang. Cirrus de 4km d’épaisseur en troposphère libre. Couche humide à 16km.
31/01/2019CFH, COBALD, Ozone, iMETProfil non perturbé
08/02/2019CFH, COBALD, Ozone, iMETSortie convective du cyclone Gelena. Cirrus à 10-12km et 15-16km d'altitude.
28/02/2019CFH, COBALD, Ozone, iMETCirrus entre 14 et 16,5km
01/03/2019CFH, COBALD, Ozone, iMETCirrus à 10-12km. Couche humide à 16km.

4 autres lâchers sont prévus entre décembre 2019 et mars 2020.

 

Premier lâcher du projet CONCIRTO: observation du détraînement convectif pour le cas du cyclone Dumazile de Mars 2018. A droite, trajectoire du cyclone (source Météo-France) et à gauche, profil CFH d’humidité relative par rapport à la glace (bleu) le 03/03/2018, diminution de l’ozone entre le 26/02/2018 et le 07/03/2018 liée au transport convectif et refroidissement de la région entre ~13 et 17 km (profils de température du 26/02/2018 en bleu, du 03/03/2018 en vert et du 07/03/2018 en jaune).

Mesures RADAR

Un RADAR MIRA-35 de l’université de Leeds, ainsi qu’un radiomètre, un ceilomètre et un RADAR pluie ont été déployé à l’observatoire du Maido pendant la campagne de mesure. Les mesures permettront d’étudier les propriétés microphysiques des cirrus.

Altitude de la réflectivité RADAR par rapport à l’altitude de l’observatoire du Maido

Photos de campagne

 

Préparation du radiosondage d’Eliakim (S. Evan, J. Brioude)

 

Préparation d’un radiosondage de jour (S. Meier, D. Héron, B. Verreyken)

 

Radiomètre micro-onde

 

RADAR nuage MIRA-35 (R. Neely)

 

Ceilomètre

 

Préparation d’une sonde CFH (J.M. Metzger, F. Wienhold)