Les resultats de la simulation presentes precedemment sont satisfaisants, bien que des valeurs a-priori des parametres dynamiques aient ete estimees directement de simulations de circulation generale. Il sembletoutefois necessaire d'evaluer la sensibilitede ces resultats aux divers parametres: coecients pour les di usions verticale et horizontale, force des vents et phase du renversement saisonnier. Cette evaluation n'est pas facile car chaque simulation est tres co^uteuse en temps de calcul. A n d'avoir une idee de l'in uence au premier ordre de chaque parametre, nous avons e ectue un certain nombre de simulations- tests, dans des conditions limitees mais permettant tout de m^eme une premiere approche de cette question, surtout en ce qui concerne les contrastes latitudinaux de la composition stratospherique.
Les variations faites sur les parametres ont ete choisies ainsi: (1) le pro l complet du coecient Kv a ete multiplie par 10 et 0,1; (2) le pro l complet du coecient Kh a
ete multiplie par 10 et 0,1; (3) la vitesse des vents a ete multipliee par 2 et 0,5; (4) le renversement saisonnier a ete decale d'une demi-saison apres l'equinoxe. Les limitations concernant ces simulations sont de deux types. Temporelle d'abord: contrairement a la simulation de base qui a dure plusieurs annees Titan, les tests ont ete limites a une seule annee, sauf pour le changement de phase du renversement (deux annees Titan).
6.6. ETUDE DE SENSIBILIT
E AUXPARAM
ETRES DYNAMIQUES 115
Figure 6.21
{ Pro ls de reference yi(z) choisis pour C2H2, C2H6, C4H2 et HCN, dans
le cadre du modele de traceurs avec rappel.
Figure 6.22
{ Pro ls des constantes de rappel i(z) choisis pour C2H2, C2H6, C4H2 et116 CHAPITRE6. LE MOD ELE PHOTOCHIMIQUE A DEUXDIMENSIONS a) b)
Figure 6.23
{ Identique a la Figure 6.20, mais dans le cas du modele de traceurs avec rappel.6.6. ETUDE DE SENSIBILIT
E AUXPARAM
ETRES DYNAMIQUES 117
Figure 6.24
{ Identique a la Figure 6.17, mais sont ajoutes les pro ls obtenus par le modele de traceurs avec rappel (pointilles).Spatiale en n: le modele avec plafond limite a 500 km fut utilise, excepte pour les tests sur la di usion verticale. Une simulation e ectuee avec ces limitations et les conditions de reference a donne des resultats identiques a la simulation de reference. L'etude de l'in uence des parametres s'est faite sur deux ensembles de variables permettant une comparaison avec les observations de Voyager I/IRIS (Coustenis et Bezard, 1995 [15]). D'abord, la composition a l'equateur, qui donne une bonne approche du niveau moyen de chaque compose dans cette region, et ensuite le rapport entre les fractions molaires a 50 de
latitude nord et a 50 de latitude sud, qui permet d'estimer l'enrichissement assymetrique
des hautes latitudes. Cette etude est resumee dans les Figures 6.25 et 6.26, qui presentent ces ensembles de variables pour les di erents composes observes et les di erents tests. Dans le cadre de la sensibilite au coecient Kv, nous avons egalement regarde l'e et
de ces changements sur la composition de la haute atmosphere. L'in uence de Kv y est
grande: sur le pro le de methane, par la position de l'homopause, mais egalement sur tous les autres composes qui sont sensibles au transport depuis les regions de production vers les autres zones de l'atmosphere. La simulation de reference est satisfaisante par rapport au peu de contraintes sur l'atmosphere utilisee (Smithet al., 1982 [89]), mais le test avec Kv10 montre des pro ls plus proches de ceux deduits des donnees UVS par Vervack et
118 CHAPITRE6. LE MOD
ELE PHOTOCHIMIQUE
A DEUXDIMENSIONS
Figure 6.25
{ Tests de sensibilite: fractions molaires equatoriales dans la basse strato- sphere, normalisees aux valeurs recommandees par Coustenis et Bezard (1995) [15]. Les incertitudes liees aux observations sont indiquees sous la forme de zones grisees. Les resul- tats des tests de sensibilite du modele a deux dimensions (aux m^emes altitudes que celles indiquees Figure 6.17) sont marques a l'aide de symboles: losanges pour Kv 10 et Kv0,1; triangles pour Kh 10 et Kh 0,1; croix () pour les tests sur la vitesse du vent (
2 et 0,5); carres pour le test avec renversement dephase. La simulation de reference est
indiquees par des signes plus (+).
Sensibilite de la composition stratospherique
La Figure 6.25 montre les niveaux equatoriaux normalises aux valeurs nominales des observations. Il appara^t que d'une maniere globale, ces parametres ont une in uence faible sur la composition moyenne. Celle-ci semble donc contr^olee essentiellement par la chimie. Les in uences les plus visibles sont celles de la force des vents et du coecient de di usion turbulente verticale. Le cas avec une faible di usion horizontale a aussi un e et sur certaines especes (CH3C2H, HCN). En e et, ce cas renforce le contr^ole des vents
sur le transport stratospherique, et se rapproche donc du cas avec vents plus intenses. Le coecient de di usion turbulente verticale conserve une in uence sur le transport des especes au niveau de la mesopause, vers 500 km, zone charniere deja evoquee. Cela joue sur les niveaux stratospheriques des corps les plus sensibles a ce transport (C2H2, C2H6,
C3H8, HC3N), mais aussi sur les contrastes en latitude (voir plus loin). Ceci etant dit,
l'in uence de ce coecient est beaucoup plus visible dans la haute atmosphere, ou il contr^ole avec la photochimie la distribution des composes en fonction de l'altitude. La Figure 6.26 presente les contrastes latitudinaux observes et ceux obtenus pour chaque
6.6. ETUDE DE SENSIBILIT
E AUXPARAM
ETRES DYNAMIQUES 119
Figure 6.26
{Tests de sensibilite: rapports entre les fractions molaires a 50 de latitudenord et a 50 de latitude sud (basse stratosphere). Les resultats observationnels (Coustenis
et Bezard, 1995 [15]) sont marques par des ronds noirs. Les resultats de la simulation de reference sont indiques par des ronds gris, et ceux des tests sont indiques par: (a) des losanges pour Kv 10 et des triangles pour Kv0,1; (b) des losanges pour Kh10 et des
triangles pour Kh0,1; (c) des losanges pour la vitesse des vents multipliee par 0,5 et des
triangles pour la vitesse des vents multipliee par 2; (d) des losanges pour le renversement dephase.
jeu de tests. On peut y mesurer l'in uence des divers parametres: la di usion verticale (evoquee precedemment) dont le r^ole est lie aux echanges entre haute et basse atmo- sphere, mais surtout la vitesse des vents (r^ole majeur) et la di usion horizontale. Quant a la phase du renversement, elle n'a qu'une in uence mineure, ce qui peut s'expliquer: les contrastes latitudinaux semblent se construire essentiellement apres le solstice et n'^etre inverses qu'apres le renversementsaisonnier. Ils sont donc visibles a l'equinoxe si ce renver- sement a juste, ou n'a pas encore, eu lieu. L'in uence des parametres lies a la dynamique stratospherique se comprendegalement: des vents forts tendent a construire des contrastes importants, auxquels s'oppose la di usion horizontale. Quand cette derniere prend de l'importance, elle reduit le contraste impose par les vents. Une dependance en latitude du coecient Kh pourrait aider a ajuster la forme des variations observees. Cela se veri e
sur des essais e ectues avec le modele de traceurs avec rappel. Toutefois, une modi cation ad-hoc des parametres ne semble pas utile dans la mesure ou les valeurs a-priori issues du GCM permettent un accord satisfaisant, et ou les incertitudes sont presentes dans de nombreux volets de la simulation. Une derniere remarque sur la Figure 6.26: dans le cas Kh 0;1, le pro l de C2H4 presente une legere augmentation de la fraction molaire vers
120 CHAPITRE6. LE MOD
ELE PHOTOCHIMIQUE
A DEUXDIMENSIONS
le p^ole sud, alors que l'enrichissement important des latitudes nord commence au-dessus de 50 N. Cela donne un rapport (50 N / 50 S) inferieur a un (le seul de toutes les series
de tests).
Avec l'introduction de la dynamique, l'in uence de Kv dans la stratosphere est reduite,
ce qui rend les comparaisons aux taux deduits des observations Voyager I/IRIS assez peu sensibles au choix de ce parametre. Dans les modeles a une dimension, c'etait bien s^ur loin d'^etre le cas. Dans l'article de Lara et al. (1996) [50], une etude comparative est menee pour le choix du meilleur pro l de Kv. Une des conclusions de cette etude
est qu'il est dicile de faire un choix qui satisfasse tous les composes. En particulier, opter pour un pro l qui permette de retrouver les resultats d'Hidayat et al. (1997) [34] concernant HCN amene les simulations des hydrocarbures a s'eloigner des observations Voyager. Dans le cas des simulations du modele a deux dimensions, on obtient un pro l de HCN assez proche des resultats d'Hidayat et al., tout en ayant un accord satisfaisant pour les hydrocarbures. La sensibilite du pro l equatorial d'HCN au coecient Kv est
presentee dans la Figure 6.27, avec les observations faites depuis la Terre. Compte-tenu des remarques faites au Paragraphe 6.4.3, cette sensibilite reste marginale. La dependance en Kv des modeles a une dimension a ete deplacee vers la dynamique atmospherique, et
celle-ci donne des resultats satisfaisants sans devoir ajuster de facon ad-hoc les parametres deduits des simulations de circulation generale.