Analyse de la distribution verticale de l’ozone

Les études climatologiques faites ont montré que le maximum d’ozone se focalise dans la stratosphère. Par conséquent, la structure de la colonne totale de l’ozone est celle qui s’observe au niveau de la stratosphère. Ainsi pour mettre en évidence comment les anomalies observées sur l’ozone sont structurées suivant la distribution verticale, nous exploitons les profils d’ozone. Etant donné que les profils livrés par MLS couvrent la stratosphère et que les mesures effectuées sont de bonnes qualité l’analyse des anomalies d’ozone suivant la verticale est faite à partir des données MLS. Nous avons constaté à travers l’analyse des TCO (travail présenté à la section précédente) que la structuration des anomalies d’ozone dans la région subtropicale et similaire à celle de la région tropicale. Pour simplifier le travail, nous analysons les anomalies d’ozone obtenues pour 2 régions : la région équatoriale et la région tropicale. La région tropicale est représentée par Réunion, Fiji et Samoa.

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La figure 4.8 présente les anomalies d’ozones par rapport à la climatologie telles qu’elles sont observées par le capteur satellite MLS au-dessus des régions équatoriale (4.8 a) et tropicale (4.8 b). Les anomalies ont été obtenues par des profiles climatologiques mensuels.

Au-dessus de la

région équatoriale, à partir de 20 km vers la moyenne stratosphère, des alternances régulières entre valeurs d’anomalies positives et négatives d’ozone sont observées. Ces anomalies varient au-sein de ±1.2 ppmv. On remarque que ces alternances d’anomalies positives et négatives suivent une périodicité et une structuration semblables à celles de la QBO. Les régimes successifs (positives et négatives) des anomalies d’ozone apparaissent d’abord dans la haute stratosphère et se propagent de façon descendante à travers le temps. La signature quasi-biennale de l’ozone est ainsi très claire dans la tranche d’altitude 20-40 km. Par contre cette signature est perturbée en dehors de cette tranche d’altitude. Ce mode de variabilité temporelle des anomalies d’ozone observé dessus de la région équatoriale est celui de la propagation du vent zonal au-dessus de l’équateur. La phase d’anomalies négatives d’ozone s’accorde avec la phase de propagation des vents d’est de la QBO, tandis que la phase d’anomalies positives d’ozone s’accorde avec la phase des vents d’ouest de la QBO. Cette observation confirme les résultats présentés et discutés à la section 4.2 et permet d’identifier la bande d’altitude où se focalise ces anomalies. Le comportement de l’ozone mise en évidence en moyenne et basse stratosphère dans ce travail est identique et en parfait accord avec les études précédemment faites sur la relation existante entre l’ozone et la QBO (Randel et Thompson, 2011 ; Lee et al., 2010 ; Witte et al., 2008). Après avoir moyenné les données radiosondages des 8 sites compris entre ±10°, Witte et al. (2008) ont obtenu des anomalies interannuelles d’ozone dont la structure est similaire à ce que nous avons obtenu et présenté à la figure 4.8 (a). Les valeurs d’anomalies publiées par Witte et al. (2008) oscillaient au sein de ±1.4 ppmv et les plus larges anomalies sont observées dans la bande d’altitude 25–27 km. Nous tenons à rappeler qu’avec les données radiosondages, Witte et al. (2008) n’ont pas été en mesure d’analyser la signature quasi-biennale de l’ozone au-dessus de 30 km. Avec les profils MLS, nous avons réussi à mettre en évidence la signature de la QBO sur la variabilité de l’ozone jusqu’aux environs de 40 km. La structure des anomalies d’ozone depuis la haute vers la basse stratosphère est mise aussi en évidence sur les travaux de Yi et al. (2011) à partir des profils GOMOS. Yi et al. (2011) ont montré que l’influence de la QBO sur la distribution de l’ozone s’observe de la basse stratosphère jusqu’aux environs de 40km. Au-dessus de 40 km, la QBO est couplée aux oscillations semi-annuelles des champs de vent zonal et de température en région équatoriale. Ces oscillations semi-annuelles (SAO) prennent naissance dans la basse mésosphère. C’est le couplage de ces oscillations avec la QBO, qui définit le modèle de variabilité de l’ozone et du NOx au niveau de la haute stratosphère tropicale (Yi et al., 2011). Par contre le mode d’alternance entre anomalies négatives et positives d’ozone au-dessous de 20 km est définit par le couplage entre la QBO et les oscillations générées par les ondes de gravité. Au niveau de la région tropicale, les alternances entre anomalies positives et négatives s’observent sur plusieurs niveaux d’altitude composant la stratosphère. Par contre la structure n’est pas similaire à celle de la région équatoriale. Des valeurs d’anomalies très élevées s’observent entre 25 km et 35 km et la structure quasi-biennale du signal n’est pas tout à fait claire, comme pour la région équatoriale. Toutefois, on peut constater à travers la figure

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4.8 l’opposition de phase, en termes d’anomalies, entre Equateur et Tropiques : lorsqu’on est en régime d’anomalies négatives (positives) au-dessus de la région équatoriale, on observe des anomalies positives (négatives) en région tropicale.

Figure 4. 8 : Anomalies d’ozone (ppmv) observées entre 15 km et 52 km au-dessus des régions équatoriale (a) et tropicale (b). Les anomalies d’ozone sont obtenues en dessaisonalisant le signal temporel constitué des profils mensuels d’ozone enregistrés par MLS entre août 2004 et décembre 2012.

Pour mettre en évidence l’opposition de phase entre les anomalies d’ozone au-dessus des deux régions, le degré de corrélation entre la variation de l’indice QBO et la variation temporelle du signal dessaisonalisé est calculé pour chaque niveau d’altitude comprise entre 15 km et 50 km. Le résultat de ce calcul est présenté à la figure 4.9. Il est clair à travers cette figure que les anomalies d’ozones sont corrélées à la QBO autour de 20 km et 30 km (avec des coefficients de corrélation supérieurs à 0.7 en région equatoriale) et sont en opposition de phase entre Tropiques et Equateur. Ces observations confirment les résultats présentés à la figure 4.5 et permettent de quantifier le degré de corrélation entre les anomalies d’ozone et la QBO. On remarque cependant que le degré de corrélation entre les anomalies d’ozone et la QBO est élevé sur la région équatoriale par rapport à la région tropicale. Une corrélation de plus de 75% est observée entre les anomalies d’ozone et la QBO entre 20 km et 22 km et aux environ de 30 km ; alors que la corrélation maximale observée sur la région tropicale est évalué à 60%. Ces résultats traduisent l’implication effective de la QBO sur la variabilité de l’ozone en région équatoriale comparativement aux autres régions. Généralement l’influence de la QBO sur l’ozone est très importante en région équatoriale, elle diminue des basses latitudes vers les hautes latitudes (cf. chapitre 3).

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Figure 4. 9 : Coefficient de corrélation calculé entre le signal du QBO_30hPa et les anomalies d’ozones observées au-dessus des régions équatoriale et tropicale présentées à la figure 4.8.

Pour mettre en évidence l’opposition de phase entre les anomalies d’ozone au-dessus des deux régions, le degré de corrélation entre la variation de l’indice QBO et la variation temporelle du signal dessaisonalisé est calculé pour chaque niveau d’altitude comprise entre 15 km et 50 km. Le résultat de ce calcule est présenté à la figure 4.9. Il est clair à travers cette figure que les anomalies d’ozone indues par la QBO dans les deux régions sont en opposition de phase. En effet, une fois que les anomalies d’ozone dans la région équatoriale corrèlent avec l’indice de la QBO sur une altitude donnée, on observe une anti-corrélation sur le même niveau d’altitude aux tropiques. Ces observations confirment les résultats présentés à la figure 4.5 et permettent de quantifier le degré de corrélation entre les anomalies d’ozone et la QBO. On remarque cependant que le degré de corrélation entre les anomalies d’ozone et la QBO est élevé sur la région équatoriale par rapport à la région tropicale. Une corrélation de plus de 75% est observée entre les anomalies d’ozone et la QBO entre 20 km et 22 km et aux environ de 30 km ; alors que la corrélation maximale observée sur la région tropicale est évalué à 60%. Ces résultats traduisent l’implication effective de la QBO sur la variabilité de l’ozone en région équatoriale comparativement aux autres régions. Généralement l’influence de la QBO sur l’ozone est très importante en région équatoriale, elle diminue avec l’augmentation de la latitude (cf. chapitre 3).

Dans le document Étude de la variabilité et la tendance de l'ozone stratosphérique au-dessus des tropiques et subtropiques sud (Page 142-145)