L’utilisation de la m´ethode des clusters dans FLEXPART (Stohl et al., 2002 [166]) est d´etaill´ee `a la section 2.2. Pour pouvoir ´etudier la dispersion du panache de particule associ´e au pic d’ozone FOLD2, FLEXPART est utilis´e avec 10 clusters pour chaque boite.
Tab. 3.1 – Param`etres diagnostiques d’un cluster du pic d’ozone FOLD2, le 3 F´evrier `a 18h00 UTC
Altitude (km) PV (pvu) Humidit´e relative (%) Fraction massique (%)
4.7 1.4 25 3
le tableau 3.1 repr´esente les caract´eristiques d’un des 10 clusters associ´es `a une boite du pic FOLD2. Il se situe au dessus du continent am´ericain le 3 F´evrier `a 18h00UTC. Ses ca-ract´eristiques (4.7km d’altitude, 1.4 pvu, 25% d’humidit´e) sont proches des caract´eristiques d’un courant DA en moyenne troposph`ere (fort tourbillon potentiel, faible humidit´e).
Pour confirmer l’appartenance de ce cluster `a un courant DA, on utilise un run d’ozone synth´etique de FLEXPART (la m´ethode est expliqu´ee `a la section 2.2). L’ozone synth´etique est calcul´e `a partir d’une relation lin´eaire ozone/PV=63 ppbv/pvu. Cette simulation d’ozone est initialis´ee le 30 Janvier `a 00h00UTC. Ainsi, le transport d’ozone dans la simulation construit des structures `a plus fine ´echelle que les fichiers d’analyse de l’ECMWF grˆace `
a l’advection des champs d’ozone par le sch´ema d’advection et les param´etrisations de la turbulence et du transport convectif.
Sur la coupe verticale de la figure 3.4a, le cluster se situe dans une zone frontale d’alti-tude, dans une couche contenant 90ppbv d’ozone stratosph´erique. Sur la coupe horizontale `
a 5km d’altitude de la figure 3.4b, le cluster se trouve au Sud d’une structure ondulatoire charg´ee en ozone. Cette structure est la trace d’une foliation de tropopause sur une coupe horizontale. L’ondulation vient de la dynamique d’altitude du jet polaire, dont la signature se caract´erise sur l’image canal vapeur d’eau de la figure 3.6a par une bande s`eche (sombre) qui ondule le long d’une bande nuageuse associ´ee `a un WCB.
Sachant que le cluster est associ´e `a 3% en masse du panache total et qu’il se situe dans une couche caract´eris´ee par 90ppbv d’ozone stratosph´erique, cela signifie que FLEXPART associe au pic FOLD2 au moins 2.7ppbv d’ozone stratosph´erique. Le pic d’ozone FOLD2 ´
etant de 8 ppbv par rapport au niveau d’ozone de fond, FLEXPART explique ici 33% des 8ppbv du pic d’ozone FOLD2.
Sur la figure 3.5 est repr´esent´e 4 coupes horizontales `a 4km d’altitude, color´ees par les concentrations d’ozone synth´etique, et la position des particules associ´ees au pic d’ozone FOLD2 situ´ees entre 0.5 et 3km (isocontours verts), entre 3 et 5km (isocontours rouges) et entre 5 et 10km (iscontours noirs).
Sur la figure 3.5a, le 3 F´evrier `a 18h00 UTC, sur l’ensemble des particules au dessus de 5km d’altitude (isocontours noirs), seul le groupe situ´e `a l’Ouest de New-York est `a proxi-mit´e de fortes concentrations d’ozone stratosph´erique. Ce groupe ainsi que les particules
se situant entre 3 et 5km (isocontours rouges) plus au Sud font partie du cluster dont les caract´eristiques ont ´et´e pr´esent´ees pr´ec´edemment. Sur la figure 3.6a sont repr´esent´ees les images canal vapeur d’eau des satellites GOES et METEOSAT combin´ees avec la position des concentrations d’ozone stratosph´erique synth´etique de l’image 3.5a. On constate que les concentrations d’ozone stratosph´erique `a proximit´e de New York sont associ´ees `a des signatures s`eches ondulatoires sur l’image satellite 3.6a. Cette signature est typique de la dynamique d’un front d’altitude associ´e au courant-jet polaire qui g´en`ere une signature s`eche (zone sombre) derri`ere le front froid de surface associ´e `a une bande nuageuse avec une signature forte d’humidit´e (zone blanche). Ce groupe de particules au dessus de 5km d’altitude est le seul `a ˆetre associ´e `a la dynamique d’un front d’altitude, et `a ˆetre poten-tiellement charg´e en ozone. L’enrichissement en ozone stratosph´erique du pic FOLD2 ne peut donc s’expliquer que par l’advection d’une intrusion stratosph´erique issue de ce front d’altitude.
Les isocontours verts associ´es aux particules entre 0.5 et 3km du pic FOLD2 sont orient´es de Sud-Ouest vers Nord-Est (Figures 3.5c et 3.5d). A l’aide de l’image satellite 3.6a, on constate que la majeur partie de ces particules se situe en avant (`a l’Est) de la signature s`eche du DA du courant-jet polaire dans une zone humide (signature blanche) associ´ee `a une bande de nuage. Ces particules entre 0.5 et 3km sont associ´ees `a un WCB, en avant du front d’altitude.
Du 4 F´evrier `a 18h00 UTC (Figures 3.5b et 3.6b) au 5 F´evrier `a 06h00 UTC (Figures 3.5c et 3.6c), le front d’altitude vu pr´ecedemment se dirige vers le Sud-Est et s’enroule dans le sens cyclonique. La signature d’ozone stratosph´erique `a 4km d’altitude de la foliation de tropopause devient plus ´etir´ee spatialement, et les concentrations d’ozone au centre de l’intrusion stratosph´erique augmentent, preuve d’une subsidence de la partie irr´eversible de la foliation de tropopause entre le 3 F´evrier `a 18h et le 5 F´evrier `a 06h. Les isocontours noirs et rouges suivent la mˆeme dynamique que ce front d’altitude.
Sur la figure 3.5d, le 5 F´evrier `a 18h00 UTC, les particules initialement entre 5 et 10km d’altitude (isocontours noirs sur la figure 3.5c) subsident vers le niveau compris entre 3 et km d’altitude (isocontours rouges) en suivant la dynamique de la foliation de tropopause. Sur la figure 3.6d, on constate que ces particules sont situ´ees `a l’arri`ere (`a l’Ouest) du WCB dans une zone ayant une faible signature sur le canal vapeur d’eau. Ces particules, charg´ees en ozone, ne sont donc pas `a proximit´e de zones turbulentes g´en´er´ees par des cellules convectives. On peut supposer ici que la foliation situ´ee dans cette zone ne subit pas de m´elange rapide dans la basse troposph`ere.
Au del`a de cette date, les particules potentiellement charg´ees en ozone stratosph´erique restent entre 0,5 et 3km d’altitude. Elles sont prises dans un anticyclone entre le 7 F´evrier `
a 00h00 et le 8 F´evrier `a 12h00 UTC au Sud du Groenland. Puis elles suivent la dynamique de la seconde d´epression associ´ee `a la couche WCB1 et au pic FOLD1, et atteignent l’avion MOZAIC le 10 F´evrier `a 13h00 UTC `a 2,7 km d’altitude.
Ainsi, cette ´etude lagrangienne montre bien l’origine stratosph´erique du pic FOLD2. Elle est associ´ee `a une frontog´en`ese d’altitude au dessus du Canada aux environs du 3 F´evrier `a 18h00. Les particules associ´ees `a une foliation de tropopause ont ensuite subsid´e pour atteindre une altitude vers 3km d’altitude.
Nous allons utiliser la technique d’ozone RDF pr´esent´ee `a la section 2.2 pour confirmer ce r´esultat, et estimer le temps de r´esidence de l’intrusion stratosph´erique associ´ee au pic d’ozone FOLD2.
(a)
(b)
Fig. 3.4 – (a) Coupe verticale et (b) horizontale `a 5km d’altitude d’ozone stratosph´erique simul´ee par FLEXPART le 3 F´evrier `a 18h00 UTC. La croix rouge sur les deux coupes repr´esente la position du cluster dont les caract´eristiques sont pr´esent´ees sur le tableau 3.1. La coupe verticale passe par la latitude o`u le cluster se situe.
(a) (b)
(c) (d)
Fig. 3.5 – Coupe horizontale `a 4km d’altitude d’ozone stratosph´erique simul´e par FLEX-PART valables (a) le 3 F´evrier `a 18hUTC, (b) le 4 F´evrier `a 18hUTC, (c) le 5 F´evrier `a 06hUTC et (d) le 5 F´evrier `a 18hUTC. Les isocontours repr´esentent 0.05%, 0.1%, 0.25%, 0.5% et 1.5% de l’ensemble des particules relach´ees au niveau du pic d’ozone FOLD2 (fractions calcul´ees sur une grille de 3ox5o en latitude/longitude. Les isocontours noirs repr´esentent les particules compris entre 5km et 10km d’altitude, les isocontours rouges repr´esentent les particules entre 3 et 5km d’altitude, et les isocontours verts repr´esentent les particules entre 0.5 et 3km d’altitude.
Fig. 3.6 – Projection de l’ozone stratosph´erique simul´ee par FLEXPART `a l’altitude de 4km sur une image composite Goes Est et M´et´eosat du canal vapeur d’eau : (a) le 3 F´evrier `
a 18hUTC, (b) le 4 F´evrier `a 18hUTC, le 5 F´evrier (c) `a 06hUTC et (d) `a 18hUTC. Sur l’image composite satellite, les zones les plus s`eches sont en noir et les plus charg´ees en blanc. Les donn´ees d’ozone stratosph´erique synth´108 etique sont repr´esent´ees par des carr´es de