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CAGNAZZO

Chiara CAGNAZZO
L
e mardi 22 Juin à
14 heures 30 à l'Ecole Polytechnique (Amphi Carnot), à Palaiseau

devant le jury composé de:

Mme M. Chanin, Rapporteur
Mme E. Manzini, Rapporteur
Mr H. LeTreut, Examinateur
Mr J.P. Cammas, Examinateur
Mr F. Lefevre, Examinateur
Mme C. Claud, Directrice de thèse

Sujet : ANALYSE DES FACTEURS DE VARIABILITE
DE LA TEMPERATURE DANS LA STRATOSPHERE.

On sait aujourd'hui que les processus stratosphériques jouent
 un rôle important dans le système climatique et leur étude est
 donc de grande importance pour la communauté scientifique.
Les changements à long terme observés dans la stratosphère
comprennent l'augmentation des gaz à effet de serre, de la
vapeur d'eau, la diminution de l'ozone et un refroidissement
systématique de cette région de l'atmosphère pendant les
deux dernières décennies (1980-2000).
Cette recherche est dédiée à la quantification des changements
 à long terme de la structure thermique et dynamique de la
stratosphère et à l'attribution des causes des changements
observés, et en particulier l'effet de la diminution de l'ozone
stratosphérique. Le travail a été mené pour les vingt dernières
années, où des mesures globales de la stratosphère existent;
 les analyses effectuées ont été ensuite couplées avec des
simulations GCM pour quantifier le rôle de la diminution de
l'ozone sur les changements à long terme observés.
Trois bases de données (températures mensuelles) résultant
d'analyses de données satellitaires et/ou de radiosondages
ont été considérées : la base TOVS/3I fournit une description
de la basse stratosphère à haute résolution spatiale pour une
période de 8 ans; la base FUB a une résolution spatiale moins
bonne mais est disponible pour une période plus longue; enfin,
la base SSU/MSU couvre les vingt dernières années et surtout
la totalité de la stratosphère, mais avec une résolution verticale
plus faible. Un modèle de régression linéaire multi-paramétrique,
qui permet de séparer l'effet de la variabilité naturelle de la tendance
à long terme, a été utilisé.
Dans un premier temps, une analyse détaillée de l'impact des
différents facteurs de variabilité de la température stratosphérique
 été réalisée. Les forçages considérés sont: l'Oscillation Quasi-Biennale
 (QBO), l'ENSO, la variabilité de 11 ans associée au cycle solaire,
et le mode de variabilité extratropicale connu sous le nom
d'Oscillation Arctique (AO). Nous montrons tout d'abord que
l'amplitude de la réponse de la température à ces forçages peut
être du même ordre de grandeur que les tendances calculées.
Ensuite, les tendances de la température sont décrites en fonction
de l'altitude, de la latitude et de la saison ; elles montrent un
refroidissement général de la stratosphère, avec une amplitude
maximale en moyenne globale dans la haute stratosphère de
l'hémisphère nord (de l'ordre de 3 K/décennie); le refroidissement
se réduit dans la moyenne stratosphère pour atteindre 1 K/décennie
en moyenne globale dans la basse stratosphère (mais avec une
structure fortement dépendante de la latitude). L'analyse des températures
nous permet aussi de mettre en évidence, de façon indirecte, un
affaiblissement de la circulation moyenne de la stratosphère.
Pour étudier le rôle de la diminution d'ozone stratosphérique sur les
champs dynamiques et thermiques, nous avons enfin considéré
deux ensembles de simulations GCM de type « transitoire »;
en entrée des simulations, le premier ensemble considère les
conditions prévalant avant la diminution de l'ozone, alors que
le deuxième inclut les tendances d'ozone observées en moyenne
 zonale et mensuelle (dite « simulation ozone »). Les tendances
 de température simulées ont été comparées entre elles. Les
résultats indiquent que la diminution de l'ozone stratosphérique
 est responsable du refroidissement observé à hauteur de 60%
dans la haute stratosphère et de 30% dans la basse stratosphère.
 Si le refroidissement de la haute et moyenne stratosphère est
bien reproduit par les simulations ozone, dans la basse stratosphère
 il est sous-estimé, très probablement à cause de l'effet des tendances
 de vapeur d'eau, qui n'ont pas été prises en compte dans les
simulations. Le refroidissement pendant le printemps Arctique
dans la basse stratosphère est observé, mais non complètement
reproduit. Enfin, les simulations ozone indiquent une modification
dans l'activité des ondes qui se propagent dans la basse stratosphère,
observée à travers l'étude de la composante verticale du flux d'Eliassen- Palm.
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