Je tiens à remercier, de la manière la plus sincère possible, ma directrice de thèse Nathalie Huret pour m'avoir encadré tout au long des travaux de cette thèse. Aussi, Alice Andral, co-directrice de thèse, mérite une attention particulière pour tous ses conseils et le suivi régulier qu'elle a effectué durant ces trois années.
Contexte de l’étude
Contexte de l’étude
Les résultats de ces simulations suggèrent un renforcement de l'intensité de la circulation méridionale stratosphérique au 21e siècle (OMM, 2011). L'étude de l'évolution de la circulation stratosphérique dans le contexte du changement climatique passe d'abord par l'acquisition de mesures (température, vent, flux infrarouge de faible intensité, flux solaire incident) dans la stratosphère et par la modélisation/prédiction réaliste des processus dynamiques.
Dynamique stratosphérique
Dynamique stratosphérique
La conservation du PV pendant le transport isentropique permet le suivi de la masse d'air. Le printemps marque la fin de la circulation d'ouest et son remplacement par un régime d'est (McIntyre et Palmer, 1984).
Mesures des vents à partir des trajectoires ballon et données associées issues des
Mesures des vents à partir des trajectoires ballon et données associées issues des réanalyses ERA-Interim
OMEGA
Des phénomènes de réfraction apparaissent dans la troposphère avec des variations en fonction de la température et de l'humidité. Les composantes de vitesse pour chaque direction (zonale, méridienne et verticale) sont obtenues en utilisant la dérivée première de la trajectoire. 46 par rapport à la vitesse n'est rien d'autre que le rapport entre l'incertitude de la position x et la variation de la position Δx.
Vent zonal et méridien dérivé de l'ensemble de la base de données (1343059 points de mesure), avec le paramètre n=5. En revanche, l'analyse de la vitesse verticale du ballon en fonction du temps nous apporte des informations complémentaires pour identifier les différentes phases du vol. Ces différentes phases de vitesse verticale, associées à chaque type de vol, sont donc assez générales.
Une analyse systématique des fichiers de vitesse verticale et de télécommande permet d'identifier les différentes phases de chaque vol. Comme le montre schématiquement la figure 3.20, le coefficient d'asymétrie est positif lorsque la distribution est décalée vers la gauche de la médiane et qu'une queue s'étend vers la droite. Le théorème central limite stipule que la distribution empirique d'une variable aléatoire (gaussienne) tend vers une loi normale lorsque le nombre de données tend vers l'infini.
Capture d'écran de la « Boîte d'informations » à gauche et de l'itinéraire de vol correspondant à droite.
Validation de la base de données de vent et méthodologie d’analyse des biais
Validation de la base de données de vent et méthodologie d’analyse des biais mesures/modèle
75 La Figure 4.1 présente les histogrammes des différences entre ERA-Interim et les mesures de ces 5 vols pour la composante zonale et méridionale du vent dans la plage de pression hPa. Ils nous indiquent également la plage de pression pour laquelle les données BSO sont disponibles. L'objectif est d'obtenir un nombre équivalent de points de mesure pour chaque intervalle, donc l'évolution de la largeur et des niveaux de pression doit suivre une loi logarithmique.
Regardons plus en détail les distributions obtenues pour un même niveau de pression et les résultats du test χ2 en fonction de la largeur de l'intervalle de pression considéré. La figure 4.10 présente les distributions obtenues à la figure 4.6 pour la composante zonale du vent au niveau de pression de 73,51 hPa pour les 4 largeurs d'intervalle. Histogrammes des différences entre les réanalyses ERA-Interim et les mesures de la composante zonale des 44 vols sélectionnés dans le vortex polaire, pour les 4 largeurs d'intervalle [±5hPa], [±10hPa], [±30hPa] et [±100hPa ] ] au niveau de pression de 73,51 hPa.
La figure 4.11 montre les mêmes résultats que ceux de la figure 4.6 pour la plage de pression hPa ; seuls les résultats dont la distribution suit la loi normale sont affichés. Les zones grises correspondent aux plages de pression utilisées par H2004 et les barres noires les valeurs de biais trouvées par H2004 pour chaque composante du vent.
Analyse des biais mesures/modèle en fonction des régions, saisons
Analyse des biais mesures/modèle en fonction des régions, saisons
La figure 5.2 montre les biais de vent zonaux et méridionaux calculés à partir de ces 75 vols dans la plage de pression [100 ; 2]hPa. La figure 5.5 montre le biais de vent zonal et méridional calculé à partir de ces 20 vols dans la plage de pression [100 ; 4]hPa. La figure 5.7 montre le biais de vent zonal et méridional calculé sur ces 23 années dans la plage de pression [100 ; 3]hPa.
La figure 5.9 montre les anomalies de vent zonal et de vent méridional calculées avec ces 13 vols dans la plage de pression de [100 ; 2]hPa. La figure 5.11 présente les anomalies de vent zonal et de vent méridional calculées à partir de ces 107 vols dans la plage de pression [100 ; 2]hPa. La figure 5.13 présente les anomalies de vent zonal et de vent méridional calculées à partir de ces 33 vols dans la plage de pression [100 ; 2]hPa.
La figure 5.15 présente les anomalies de vent zonal et de vent méridional calculées à partir de ces 14 vols dans la plage de pression de [100 ; 3]hPa. La figure 5.18 montre les anomalies de vent zonal et méridional calculées avec ces 37 vols dans la plage de pression de [100 ; 3]hPa.
Conclusion générale
Conclusion
Ainsi, les couches étudiées dans la stratosphère se trouvent à des niveaux de pression moyens de 85,1 hPa et 58,6 hPa. Ainsi, nos résultats conduisent à des valeurs de biais de -0,1 m s-1 et 0,09 m s-1 dans la plage de pression hPa, pour la composante zonale et la composante méridionale du vent, respectivement ; par rapport aux biais obtenus par Herzog et al. Il semble que les réanalyses ERA-Interim concordent avec les mesures effectuées dans la basse stratosphère.
En effet, les valeurs absolues des biais dépassent rarement 2 m s-1 dans la plage de pression hPa ; comme observé dans l'Arctique et aux latitudes moyennes, où les anomalies de vent zonales et méridionales sont inférieures à 5 à 10 % entre 100 hPa et 20 hPa. Les différences entre le modèle et les observations peuvent être supérieures à 20 % dans la plage de pression de [10 ; 2] hPa pour les deux composantes du vent dans l'Arctique et aux latitudes moyennes. Le manque de mesures à haute altitude dans la stratosphère est lié à la moindre qualité des réanalyses ERA-Interim pour les niveaux de pression les plus élevés.
Sachant que la majorité de la circulation méridionale est produite par l'activité des vagues, il apparaît que le modèle souffre d'un déficit dans la représentation des phénomènes ondulatoires dans la stratosphère. Face à ces différentes conclusions, on ne peut que recommander d'augmenter le nombre d'observations dans la stratosphère (une plus grande priorité devrait être accordée aux mesures par radiosondage atteignant des altitudes élevées) ainsi qu'une meilleure résolution verticale effective (et une meilleure fiabilité) des analyses et modèles de prévision dans la stratosphère au-dessus de 10 hPa.
Perspectives
Perspectives
Surface (à gauche) et isocontour (à droite) de la densité d'énergie associée aux composantes du vent du vol du 22 juin 2005 à Teresina. Le sens de rotation observé sur l'hodographe est caractéristique du sens de rotation de l'onde horizontalement et indique le sens de propagation de l'onde. Dans l'hémisphère sud, en relation avec l'effet Coriolis, une rotation antihoraire du vecteur d'onde de gravité dans le plan horizontal est associée à une onde avec une propagation d'énergie ascendante et une vitesse de phase descendante (Hirota et Niki, 1985).
Ici, l'onde de grande longueur d'onde (supérieure à 2 km) présente une rotation horaire dans le plan horizontal, donc caractéristique d'une propagation d'énergie dirigée vers le bas et d'une propagation de vitesse de phase dirigée vers le haut. L'onde d'une longueur d'onde comprise entre 1,3 km et 2,9 km est caractéristique d'une onde dont l'énergie se propage vers le bas et la vitesse de phase se déplace vers le haut. La troisième onde, d'une longueur d'onde inférieure à 800 m, a une vitesse de phase se propageant vers le bas et une énergie se propageant vers le haut.
La figure 6.3 présente les profils du gradient de température potentiel (à partir des mesures de température), du carré de la fréquence de Brunt-Väisälä et du rapport de mélange du composé O3 associé au vol du 22 juin 2005. Profil de gradient vertical de la température potentielle (à gauche), du carré de la fréquence de Brunt-Väisälä (au milieu) et du rapport de mélange O3 (à droite) issus des mesures SPIRALE du 22 juin 2005 à Teresina.
Annexes
Les fichiers récapitulatifs ".nso" contiennent une grande quantité de données (tracé GPS, altitude, pression, température, etc.), seule l'altitude présente dans ces fichiers n'est pas enregistrée sur le module GPS, mais dérivée de la pression mesurée. Pour résoudre ce problème, l'altitude GPS (si disponible) est extraite de la deuxième colonne du fichier. Les données stockées sont la latitude et la longitude (en °), l'altitude (en m), la pression (en hPa), la température (en K) et la direction (en.
Certaines transitions sont plus difficiles à identifier et nécessitent une analyse plus approfondie de la part de l'opérateur. Ainsi, pour chaque vol, les heures d'arrivée au plafond, de début de descente lente et de séparation sont identifiées et enrichissent l'en-tête de chaque fichier de données. Date de création des données et de dernière modification de ce fichier : le pas de temps entre chaque enregistrement.
Autre commentaires : dans l'exemple de la figure A.2 on peut lire que l'altitude est corrigée à l'aide des 2 fichiers GPS (LOC1 et LOC2). Vitesses du vent zonal et méridional au-dessus de la base de Teresina jusqu'à 1 hPa de juin à juillet 2005 et au-dessus de la base de Niamey en novembre 2005.
Mechoso, 2004: Accuracy of Northern Hemisphere stratospheric analyzes derived from long-duration balloon flights. Vial, 2006: An assessment of ECMWF and NCEP-NCAR Southern Hemisphere reanalyses at the end of the presatellite era: results from the EOLE experiment (1971–72). Durand, 2002: Accuracy of analyzed stratospheric temperatures in the Arctic winter vortex from infrared Montgolfier long-duration balloon flights 2.
Fu, 2013: Changes in different branches of the Brewer–Dobson circulation from a suite of chemical climate models, J. Shepherd, 2009: Simulated anthropogenic changes in the Brewer–Dobson circulation, including its extension to high latitudes, J. Bacmeister, 2014: About the simulation of quasi-biennial oscillation in the community atmosphere model, version 5, J.
Nouel, 2001: A study of the dynamics of the equatorial lower stratosphere using ultra-long duration balloons: 1. World Meteorological Organization, 2003: Executive Summary of the WMO Intercomparison of GPS Radiosondes (Alcantâra, Maranhão, Brazil, May 20 –10 June 2001).
