Etude des sources d’ozone avec une approche lagrangienne

Dynamique du courant jet subtropical et contexte géophysique régional

L’analyse de la base de données ozone de La Réunion que j’ai effectuée dans le cadre de mon travail de thèse m’a mené à diagnostiquer les signatures d’intrusions stratosphériques sur les profils d’ozone. Les mécanismes dynamiques donnant lieu à une intrusion de masses d’air stratosphérique dans la troposphère sont étroitement liés à la dynamique du courant jet. Par conséquent, ce premier chapitre commence par un rappel théorique sur la dynamique du jet subtropical.

Les différents jeux de données ozone utilisés au cours de cette étude proviennent de La Réunion mais aussi de l’Afrique du Sud. Johannesburg (26.1°S, 28.0°E) et Irene (25.9° S, 28.22° E) sont localisés à environ 3000 km de La Réunion. Les deux sites présentent des différences tant au niveau des influences météorologiques qu’au niveau des sources de précurseurs d’ozone. Le deuxième objectif de ce chapitre est donc de décrire le contexte géophysique propre à chaque site de mesure, ainsi que les sources de précurseurs d’ozone pouvant influencer la zone.

Dynamique du courant jet subtropical 

Le courant jet est une zone de vent zonal maximum localisée en dessous de la tropopause et au dessus d’une zone étroite présentant un important gradient de température appelée zone frontale d’altitude. Le courant jet subtropical marque la zone séparant les masses d’air froid polaires et les masses d’air chaud tropicales. Shapiro et al. (1987) définissent trois jet primaires en haute troposphère dans l’hémisphère Nord correspondant à une zone de discontinuité de vorticité potentielle (figure 1.1) : du pôle vers l’équateur, leur schématisation distingue le jet arctique (∼70°N), le jet polaire (∼50°N), et le jet subtropical (∼30°N). Les latitudes données précédemment sont des positions climatologiques. La position, la structure et l’intensité des jets connaissent des variations importantes au cours de l’année. Shapiro et al. (1987) tempèrent leur représentation en précisant que l’observation courante de deux jets sur coupe verticale correspond à l’association de deux jets (i.e. polaire et arctique ou subtropical et polaire) en un système jetfront unique.

Dans l’hémisphère Nord comme dans l’hémisphère Sud, le jet se propage vers l’est et sa localisation est variable en fonction de la saison. En hiver boréal les jets se déplacent vers le Sud, inversement en été boréal. La topographie de l’hémisphère Nord est plus marquée que celle de l’hémisphère Sud, principalement Océanique. Par conséquent, L’ondulation des jets est moins marquée dans l’hémisphère Sud.

La particule va donc être déviée vers les zones de bas géopotentiel du coté cyclonique du jet où se forme une zone de convergence, alors que le coté anticyclonique de la zone d’entrée présente une zone de divergence. En zone de sortie, la particule est décélérée : son énergie cinétique diminue, alors que son énergie potentielle augmente. La particule est alors déviée vers la zone de plus fort géopotentiel du coté anticyclonique du jet. En sortie du noyau de courant jet, la zone de convergence se situe du coté anticyclonique du jet et la zone de divergence est située du coté cyclonique. Ces zones de convergence et de divergence induisent des vitesses verticales subsidentes au dessus des zones de divergence et ascendantes au dessus des zones de convergence . Ces mouvements verticaux exercent un forçage dynamique sur la tropopause à l’origine de déformations telles que des foliations et descentes de la tropopause.

Foliation de tropopause en bordure du courant jet 

Une foliation de tropopause est une zone de discontinuité et de repliement de la tropopause. Il s’agit d’un processus dynamique où une fine bande d’air stratosphérique va s’introduire dans la troposphère le long des isentropes fortement inclinées associées à une zone frontale d’altitude (Holton, 1995).

Pour le cas d’un jet stream rectiligne dans l’hémisphère Sud, la zone de divergence située du côté cyclonique de l’axe du jet donne lieu à des mouvements de subsidence. Au niveau de cette zone de divergence, les conditions dynamiques sont particulièrement privilégiées pour exercer un forçage dynamique sur la tropopause conduisant à sa déformation sous l’axe du jet et sa pénétration dans la troposphère. Dans le cas d’une courbure cyclonique du jet, la zone de divergence en aval de la dorsale du jet crée un mouvement de subsidence dans cette région. Les foliations de tropopause seront donc particulièrement favorisées dans cette région.

Gouttes froides

Une goutte froide correspond à une dépression d’altitude qui s’est détachée du vortex polaire, dont la température est plus froide que son environnement et qui se propage généralement vers l’équateur. Ces systèmes ont une vitesse de déplacement suffisamment lente pour pouvoir affecter considérablement les conditions météorologiques de surface en effet, une masse d’air froid en altitude favorise les mécanismes de convection profonde, ce qui peut donner lieu à d’importantes précipitations. De plus, le mélange de l’ozone stratosphérique liée à la dissipation de ces structures est un facteur pouvant influencer le bilan de l’ozone troposphérique.

Les gouttes froides sont un phénomène concernant généralement les régions polaires et tempérées. On distingue trois catégories de gouttes froides. Les gouttes froides de type vortex polaire les gouttes froides polaires et les gouttes froides subtropicales. Les publications relatives à l’hémisphère Sud ont longtemps relaté des cas de gouttes froides ne remontant pas au delà de 25°S à 30°S. De plus, d’après une étude statistique de Price et Vaughan (1992) les gouttes froides subtropicales engendrent moins d’échanges stratosphère – troposphère que les gouttes froides polaires car les premières sont de nature plus éphémère et plus réduites en dimension. En 2003, Baray et al. ont mis en évidence un cas de goutte froide ayant atteint de basses latitudes (10°S) avec une durée de vie de deux semaines.

Le rapport de stage ou le pfe est un document d’analyse, de synthèse et d’évaluation de votre apprentissage, c’est pour cela rapport-gratuit.com propose le téléchargement des modèles complet de projet de fin d’étude, rapport de stage, mémoire, pfe, thèse, pour connaître la méthodologie à avoir et savoir comment construire les parties d’un projet de fin d’étude.

Table des matières

INTRODUCTION
1 DYNAMIQUE DU COURANT JET SUBTROPICAL ET CONTEXTE GEOPHYSIQUE REGIONAL
1.1 INTRODUCTION
1.2 DYNAMIQUE DU COURANT JET SUBTROPICAL
1.2.1 INTRODUCTION
1.2.2 EQUILIBRE DU VENT THERMIQUE
1.2.1 CIRCULATIONS AGEOSTROPHIQUES
1.2.3 EFFETS DE COURBURE
1.2.4 FOLIATION DE TROPOPAUSE EN BORDURE DU COURANT JET
1.2.5 GOUTTES FROIDES
1.2.6 INTERACTION DES CYCLONES TROPICAUX AVEC LE JET SUBTROPICAL
1.3 CONTEXTE GEOPHYSIQUE REGIONAL
1.3.1 SITUATION GEOPHYSIQUE DE LA REUNION
1.3.2 LES SOURCES D’OZONE A LA REUNION
1.3.3 SITUATION GEOPHYSIQUE D’IRENE
1.3.4 LES SOURCES D’OZONE A IRENE
1.4 CONCLUSION DU PREMIER CHAPITRE
2 BASE DE DONNEES ET OUTILS
2.1 INTRODUCTION
2.2 DONNEES D’OBSERVATION DE L’OPAR
2.2.1 RADIOSONDES
2.2.2 LIDAR DIAL OZONE TROPOSPHERE
2.2.3 DONNEES DASIBI
2.3 AUTRES DONNEES D’OBSERVATION
2.3.1 MOZAIC
2.3.2 RADIOSONDAGES AFS
2.3.3 DONNEES SATELLITAIRES
2.4 OUTILS DE MODELISATION
2.4.1 ECMWF
2.4.2 ORISAM-TM4
2.4.3 FLEXPART
2.4.4 GIRAFE
2.4.5 MIMOSA
2.4.6 LACYTRAJ
2.4.6.1 La méthode RDF
2.4.6.2 Description technique de LACYTRAJ
2.4.6.3 Comparaison de trajectoires LACYTRAJ/FLEXPART
2.4.6.4 Comparaison des distributions RDF-LACYTRAJ avec les données d’observation
A Vorticité Potentielle
i Comparaison Lacytraj – MIMOSA
ii Comparaison Lacytraj – profils lidar dial
B Vapeur d’eau
2.5 CONCLUSION DU SECOND CHAPITRE
3 CLIMATOLOGIE REGIONALE DE L’OZONE TROPOSPHERIQUE ET ETUDE DES TRACEURS DE FEUX DE BIOMASSE
3.1 INTRODUCTION
3.2 CLIMATOLOGIE DE L’OZONE
3.2.1 MESURES EN BASSES COUCHES : COMPARAISON DASIBI – RADIOSONDES
Observations
Discussions
3.2.2 HAUTEUR DE LA TROPOPAUSE
3.2.3 PROFILS SAISONNIERS LIDAR RADIOSONDES
Observations
Discussions
3.2.1 DISCUSSION SUR L’UTILISATION CLIMATOLOGIQUE DES DONNEES.
3.2.4 ETUDE COMPARATIVE DE LA CLIMATOLOGIE REGIONALE DE L’OZONE
Observations
Discussions
3.2.5 TENDANCES DE L’OZONE TROPOSPHERIQUE
Observations
Discussions
3.3 ETUDE DES TRACEURS DE FEUX DE BIOMASSE
3.3.1 VARIABILITE SAISONNIERE DU CO DE MOPITT
Observations
Discussions
3.3.2 EVALUATION DES SOURCES LOCALES DE MONOXYDE DE CARBONE
Observations
Discussions
3.3.3 CHAMPS DE CARBONE SUIE DE ORISAM-TM4
Observations
Discussions
3.3.4 COMPARAISONS DES CHAMPS D’OZONE DE ORISAM-TM4 AUX DONNEES
D’OBSERVATION DE LA REUNION ET D’IRENE.
Observations
Discussions
3.4 CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES DU TROISIEME CHAPITRE
4 ANALYSE LAGRA
CONCLUSION

Rapport PFE, mémoire et thèse PDFTélécharger le rapport complet

Télécharger aussi :

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *