3. Analyse de la périodicité de l’ozone
3.3. Résultats de l’application des ondelettes sur les séries temporelles
3.3.3. La région subtropicale
Figure 3. 5 : Identique à la figure 3.3, toutefois ici il s’agit de la région subtropicale. La série temporelle est constituée de la moyenne des 4 stations localisées entre 23°S et 40°S.
La série temporelle représentative de la région subtropicale présentée à la figure 3.5 (a) met en évidence des oscillations régulières et périodiques d’un cycle de 12 mois. Les amplitudes du signal font apparaitre des minimas et des maximas d’ozone presque aux mêmes instants de l’année et ceci tout au long de la période d’observation (1990-2012). Cependant, comme les amplitudes du signal varient on peut imaginer l’existence d’un autre mode de variation interannuel de moindre influence. L’analyse du signal par transformée en ondelettes a permis de révéler qu’en plus du cycle annuel, la variabilité de l’ozone dans les subtropiques est modulée par la QBO et le cycle solaire. En effet, le spectre de puissance global met en évidence, en plus du pic de 12 mois, 2 autres pics de faibles intensités par rapport à celui du 12 mois. Le pic de 12 mois associé au cycle annuel est le seul dont l’intensité est supérieure au seuil de signification (95%). Ce qui signifie que le mode de variabilité de l’ozone dans les subtropiques est dominé par les oscillations annuelles (AO) décrites au chapitre 1 section 1.4.1. Ces oscillations annuelles apparaissent dans le spectre de puissance de l’ondelette au sein du cône d’influence et à toutes les échelles du temps, ce qui témoigne de son implication effective et de façon régulière dans la variabilité de l’ozone. Les 2 autres modes de variabilité dont l’influence est en-dessous du seuil de signification sont présentés par 2 pics qui
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apparaissent respectivement à 24 et à 132 mois. Ces modes de variabilité de 2 ans et 11 ans peuvent respectivement être associés aux modulations par la QBO et le cycle solaire sur l’ozone extratropical. Le signal QBO de l’ozone est bien visible dans le spectre de puissance de l’ondelette au sein même du cône d’influence. Ce mode de variabilité quasi-biennale est visible sur deux périodes dans le spectre de puissance, ce qui indique que la variabilité de l’ozone est modulée par les oscillations quasi-biennales pendant ces deux périodes, même si à faible intensité. Il s’agit des périodes comprises entre 1996-2000 et 2003-2010. Ce résultat montre que, même si la QBO est un phénomène équatorial, elle module la variabilité de l’ozone au-delà du réservoir stratosphérique tropical (Baldwin et al., 2001). L’influence de la QBO sur le climat en région extratropicale a déjà été mise en évidence dans des travaux de recherche antérieurs (Kinnersley et Tung, 1998; Fadnavis et Beig, 2008). Par ailleurs, Fadnavis et Beig, (2008) ont aussi utilisé les ondelettes pour étudier l’influence de la QBO sur les mesures d’ozone faites par MLS entre 1992 et 1999 dans la bande de latitude 40° N- 40° S ; leurs résultats sont similaires à ceux qui sont présentés ici.
Notre analyse en ondelettes a permis de mettre en évidence la signature de l’activité solaire et son influence sur la variabilité de l’ozone. L’implication du cycle solaire sur la variabilité de l’ozone s’est manifestée sur toutes les échelles du temps au niveau des trois régions d’études. Ces résultats montrent le rôle important des rayonnements solaires sur l’ozone. Toutefois, sa contribution n’est pas la même dans les différentes régions. Si l’on examine de près les 3 spectres de puiance des 3 régions d’étude, on s’aperçoit que la signature du cycle solaire est plus faible dans les subtropiques par rapport aux deux autres régions. Notons que dans les deux régions (tropicale et équatoriale) les rayonnements solaires incidents arrivent dans l’atmosphère terrestre avec un angle zénithal faible alors que dans les subtropiques, on enregistre une inclinaison saisonnière significative des rayonnements solaires. Ainsi, le flux solaire incident à l’équateur et aux tropiques est plus intense que celui reçu dans les régions subtropicales.
3.4. Conclusion
Dans ce chapitre, l’analyse spectrale de l’ozone est effectuée en utilisant la méthode de transformées en ondelettes. L’objectif du travail est de mettre en évidence les différents forçages intervenant sur la variabilité de l’ozone, et les périodes correspondantes. La méthode des ondelettes est appliquée sur 3 séries temporelles constituées à partir des valeurs moyennes mensuelles de mesures de TCO obtenues pour 3 régions d’étude : équatoriale (0°-10° S), tropicale (10° S-23° S) et subtropicale (23°S- 40°S).
Dans la région équatoriale nous avons mis en évidence une variabilité de l’ozone modulée par différents cycles : semi-annuel, annuel, quasi-biennal (QBO) et solaire (cycle de 11 ans). Des pics de 6 mois, 12 mois, 28 mois et 132 mois sont observés dans le spectre global. Les 3 pics sont au-dessous du niveau de signification fixé à 95% et sont étalés sur une bande de fréquence représentant des périodicités allant de 4 à 34 mois.
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Dans la région tropicale, les variations saisonnières de l’ozone sont dominées par les oscillations annuelles qui d’ailleurs se manifestent comme étant le mode de variabilité dominant. Les variations interannuelles sont modulées par la QBO, l’ENSO et le cycle solaire. Le cycle de la QBO mis en évidence dans la région tropicale présente une période de 24 mois, au lieu de 28 mois en région équatoriale. Cependant une analyse sur l’implication de l’ENSO sur la variation de l’ozone dans les tropiques ne permet pas une caractérisation précise de sa périodicité et indique qu’il n’a pas de période d’oscillation fixe.
Dans les subtropiques, l’influence de l’ENSO sur l’ozone est très faible et non significative. Ici, le mode de variation dominant est le cycle annuel de 12 mois, qui apparait avec une forte intensité spectrale et sur toute la période d’étude. Un signal QBO est également présent. Ce qui montre l’influence de la QBO sur la variabilité de l’ozone aux latitudes extratropicales. La période des oscillations est évaluée à 24 mois dans les subtropiques. Le dernier mode apparaissant sur la variation de l’ozone à l’échelle interannuelle est le cycle solaire avec une période d’environ 11 ans. Sa signature apparait sur les trois régions sur toute la période d’étude. Toutefois, sa signature n’est pas observée à l’intérieur du cône d’influence. Il est donc supposé que son influence sur l’ozone n’est pas directe, mais que l’activité solaire influe sur le comportement d’autres paramètres géophysiques qui interviennent sur la variation de l’ozone comme l’ont souligné Efstathiou et Varotsos, (2013).
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