R´ esultats avec des boites d´ efinies en pression

La possibilit´e de d´efinir des boites en fonction de la pression n’est possible que depuis la version 6.2, version disponible depuis Mai 2005.

Dans cette section, les boites ne sont plus sur une hauteur de 500m, mais de 30hPa. La figure 2.4 est d´efinie de la mˆeme fa¸con que la figure 2.2 mais avec des boites avec une hauteur de 30hPa d´efinies en pression. On constate des diff´erences significative entre les figures 2.4 et 2.2 uniquement pour la portion de vol comprise entre les groupes S2 et 1, portion de vol associ´ee `a des concentrations en humidit´e importante.

Le traceur stratosph´erique dans les groupes B et C atteint 10%, mais n’explique toujours pas l’augmentation croissante de l’ozone. On constate un minimum de valeur `a la fronti`ere entre les deux groupes. Le traceur stratosph´erique atteint un niveau de 35% dans le groupe 1. Ceci vient d’une surestimation de la largeur du pic S1.

Le traceur couche limite chute `a 15% dans le groupe B et C. Le traceur couche limite voit sa valeur augmenter plus faiblement d’Ouest en Est sur la figure 2.4 que sur la figure 2.2. La corr´elation avec l’humidit´e sp´ecifique est de ce fait meilleure.

−64⁰ −62 −60 −58 −56 −54 −52 −50 −48 −46 −44 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 −64 −62 −60 −58 −56 −54 −52 −50 −48 −46 −44⁰ 50 100 150 200 250 300 350 400 450

S3

3

S2

C B 2 A 1

S1

Fig. 2.4 – Mˆeme chose que pour la figure 2.2 sauf que les boites FLEXPART sont d´efinies sur une hauteur de 30hPa. Les valeurs des traceurs passifs sans sch´ema convectif ne sont pas repr´esent´ees.

La figure 2.5 repr´esente les r´esultats obtenus avec les clusters. On constate que la valeur de PV de l’analyse a augment´e significativement, et est proche des valeurs obtenues par LAGRANTO. Entre les groupes S2 et 1, la valeur de PV apr`es 35h de r´etrotrajectoire a augment´e ´egalement.

−64⁰ −62 −60 −58 −56 −54 −52 −50 −48 −46 −44 2 4 6 8 10 12 −64 −62 −60 −58 −56 −54 −52 −50 −48 −46 −44⁰ 50 100 150 200 250 300 350 400 450

S3

3

S2

C B 2 A 1

S1

Fig. 2.5 – Mˆeme chose que pour la figure 2.3 sauf que les boites FLEXPART sont d´efinies sur une hauteur de 30hPa.

Les r´esultats `a partir de boites d´efinies par la pression sont nettement am´elior´es. Ceci vient du fait que l’altitude en m`etre des boites d´efinies en pression est calcul´ee `a partir des champs diagnostiques de l’ECMWF. Ce calcul est donc fait `a partir d’une atmosph`ere plus proche de la r´ealit´e qu’un profil atmosph´erique standard. L’´etude de LAGRANTO a montr´e que l’avion vole `a proximit´e de la tropopause. Une erreur de position de 250m en altitude dans la r´egion travers´ee peut alors avoir des cons´equences importantes sur les r´esultats obtenus par FLEXPART.

Les figures qui suivent sont toutes obtenues en utilisant des boites avec des hauteurs d´efinies en pression.

Ozone reconstruit

Sur la figure 2.6a est repr´esent´e le profil d’ozone MOZAIC (en vert) au dessus de New York, et l’ozone RDF de FLEXPART (en noir) calcul´e par RDF sur des champs d’ozone synth´etique. On constate que la technique fonctionne bien, avec un pic d’ozone synth´etique `

a la mˆeme altitude que le pic d’ozone MOZAIC, et des valeurs de concentration d’ozone comparable.

Sur la figure 2.6b, les pics S1 et S3 sont bien repr´esent´es par l’ozone RDF. L’ozone RDF donne 50ppbv d’ozone `a la partie du groupe B, et 50ppbv au groupe C.

Malgr´e les bons r´esultats de la technique d’ozone RDF sur les pics stratosph´erique S1, S3 et sur l’intrusion stratosph´erique profonde, FLEXPART ne permet pas d’expliquer clairement l’augmentation croissante de l’ozone entre le groupe B et C.

0 20 40 60 80 100 120 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 ³⁵ (a) −64⁰ −62 −60 −58 −56 −54 −52 −50 −48 −46 −44 50 100 150 200 250 300 350 400 450 ³¹ S3 3 S2 C B 2 A 1 S1 (b)

Fig. 2.6 – Ozone reconstruit RDF (ppbv, en noir) calcul´e `a partir d’un run synth´etique d’ozone flexpart en mode forward. La valeur d’ozone est calcul´ee apr`es 35h de r´ etro-trajectoire le long (a) du profil MOZAIC et (b) le long du vol croisi`ere. L’ozone (ppbv) MOZAIC est repr´esent´e en vert sur ces 2 figures

Origine des R´etroplumes

Les temps de r´esidence des particules permettent de retrouver en mode backward les zones de plus forte influence sur la composition chimique de chaque boite initiale.

Sur la figure 2.7 est repr´esent´e le pourcentage du maximum de temps de r´esidence entre 0 et 500m des particules associ´ees aux groupes 1, B, C et 3 calcul´e sur une p´eriode de 10 jours.

Sur la figure 2.7a et b, les groupes 1 et 3 suivent un mouvement caract´eristique du WCB. Le groupe 1 a une partie issue de la Floride, mais ne repr´esente pas une part importante du transport g´en´eral. Les parties troposph´eriques des groupe 1 et 3 suivent donc la mˆeme dynamique dans le WCB, ce qui rejoint les r´esultats d´ej`a obtenus avec LAGRANTO. Ils ont un maximum de temps de r´esidence localis´e au sud de Terre Neuve, preuve d’une stagnation dans la couche limite dans cette r´egion.

Sur la figure 2.7c et d, les groupes B et C suivent une dynamique l´eg`erement diff´erente des groupes 1 et 3. Le maximum de temps de r´esidence est plus homog`ene le long de la trajectoire du WCB. Il n’existe pas de stagnation particuli`ere dans la couche limite subie par ces 2 groupes. Une partie du panache vient du continent, mais ne peut expliquer la diff´erence en ozone car le groupe B a une part plus importante sur le continent que le groupe C, ce qui contredit une origine photochimique de l’augmentation d’ozone.

Finalement, les groupes B et C ont une mˆeme origine au sol selon FLEXPART, ce qui n’explique pas l’augmentation en ozone enregistr´ee.

(a) (b)

(c) (d)

Fig. 2.7 – Temps de r´esidence entre 0 et 500m des groupes (a) 1, (b) 3, (c) B, (d) C. La couleur repr´esente le pourcentage du temps de r´esidence par rapport au maximum de temps de r´esidence.

Images satellites

Le fait que FLEXPART ne puisse pas expliquer cette augmentation d’ozone entre les groupes B et C signifie qu’un processus sous-maille, donc m´eso-´echelle, a g´en´er´e cette augmentation d’ozone.

Le panel de figures 2.8 repr´esente la position des 3 clusters les plus bas pour 4 boites repr´esentatives des groupes 3 (en vert), c (en bleu), b (en noir) et 1 (en rouge) sur les images satellites GOES canal Infrarouge.

A l’instant initial les clusters sont `a environ 11km d’altitude. A ce moment leurs posi-tions coincident avec les zones de temp´erature de brillance les plus basses sur les images satellites. Or l’analyse des images satellites dans le domaine infra-rouge permet l’identifica-tion des nuages associ´es `a la convection profonde. Ces nuages se d´eveloppent g´en´eralement jusqu’`a la tropopause, leur sommet se caract´erise par des temp´eratures de brillance basses. De ce fait, en s´electionnant les clusters les plus bas il est possible d’obtenir une estimation de la position des ascendances subies par chacun des groupes.

Sur l’ensemble des figures, trois tailles de rond associ´ees `a la position des clusters sont visibles. Le rond le plus large repr´esente un cluster avec une hauteur h≥9Km. Le rond d’une taille interm´ediaire repr´esente un cluster `a une hauteur entre 6Km≤h≤9Km. Le rond de plus petite taille repr´esente un cluster d’une hauteur h≤6km.

Sur la figure 2.8a, le 17/07 `a 15h, les clusters sont dispos´es dans les boites de 0.5o par 0.5o `

a l’instant initial.

Sur la figure 2.8b, le 17/07 `a 04h, les clusters du groupe 1 suivent un mouvement anticyclonique, tandis que les clusters du groupe 3 suivent un mouvement cyclonique. Les clusters des groupes C et B convergent vers la mˆeme zone.

Sur la figure 2.8c, le 17/07 `a 01h, les clusters du groupe 1 et 3 sont dans la tˆete nuageuse. Les clusters du groupe C et B sont maintenant `a une hauteur comprise entre 6 et 9Km.

Sur la figure 2.8d, le 16/07 `a 23h, deux clusters du groupe B et ceux du groupe C sont sous 6Km d’altitude. Un cluster du groupe B est entre 6 et 9Km d’altitude, et se situe `

a la p´eriph´erie d’une zone de split front. La zone de split front est d´elimit´ee par la zone noire, positionn´ee `a partir des temp´erature de brillance de l’image Infra-Rouge (au niveau de nuages bas) et de l’image canal vapeur d’eau (par une zone s`eche, image non montr´ee) du satellite GOES. Les clusters du groupe B sont plus proche de la zone de split front que ceux du groupe C.

Les clusters des groupes 1 et 3 suivent un mouvement cyclonique et restent en altitude. Sur la figure 2.8e, le 16/07 `a 20h, les clusters du groupe C et B sont `a une altitude inf´erieure `a 6Km tandis que les clusters des groupes 1 et 3 restent `a une hauteur h≥9km. Quelques clusters du groupe B et C sont dans la zone de split front. Le syt`eme convectif est intense avec une temp´erature de brillance la plus basse `a 210K.

Sur la figure 2.8f, le 16/07 `a 16h, le syt`eme convectif de la tempˆete tropicale est intense. Les clusters des groupes C,B et 3 ont une hauteur inf´erieur `a 6Km. Les 3 clusters du groupe 1 sont `a 3 niveaux d’altitude diff´erents.

Deux diff´erences existent entre l’analyse des r´esultat de LAGRANTO et les r´esultats obtenus `a l’aide des clusters de FLEXPART. Contrairement aux trajectoires obtenues par

LAGRANTO, les groupes 1 et 3 ne subissent pas une ascendance dans le syst`eme convectif intense associ´e `a la tempˆete tropicale, mais prennent l’ascendance du front froid C1 en arri`ere du premier front C2 ( r´eferences utilis´ees dans la section 2.1).

De plus, tandis que l’analyse de LAGRANTO montre que les groupes B et C suivent la dynamique du front d’altitude, on constate ici que ces 2 groupes suivent une ascendance dans le WCB. Le 16 `a 23h, un cluster du groupe B se trouve entre 6 et 9km d’altitude dans une zone de split front, ce qui suppose des ´echanges STE potentiels subis par ce groupe.

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f )

Fig. 2.8 – Positions des 3 clusters les plus bas associ´es aux groupes 1 (en rouge), B (en noir), C (en bleu),3 (en vert) valable (a) le 17/07 `a 15h, (b) le 17/07 `a 04h, (c) le 17/07 `a 01h, (d) le 16/07 `a 23h, (e) le 16/07 `a 20h, (f) le 16/07 `a 16h. Les images satellites associ´ees aux dates sont issues du canal infrarouge du satellite GOES. La ”shallow moist zone” du sch´ema conceptuel de split front est d´elimit´ee en noir lorsque le cas est applicable.