Blanc SIMI 6 - Sciences de l'information, de la matière et de l'ingénierie : Système Terre, environnement, risques

Bilan multiéchelle de l’eau dans la haute troposphère et la basse stratosphère des régions TROpicales. – TRO-Pico

Le projet est basé sur une campagne de mesure puis d’une période d'interprétation des résultats avec une série de modèle à différentes échelles. La campagne consiste principallement en une serie de mesures sous petits ballons stratosphériques avec des instruments légers, faciles à lancer dans un contexte de convection profonde sur deux échelles de temps : la saison hummide pour étudier l'évolution de la vapeur d'eau stratosphérique, et la saison purement convective pour étudier au cas par cas l'impact de la convection profonde. Les mesures ballons sont complétées par des mesures au sol par l'IPMET et satellites

Le premier travail fut consacré à la préparation instrumentale, administrative et logistique de la campagne et a occupé les 14 1er mois du projet.
Après la première phase de la periode intensive de la campagne en mars 2012 :
-Entière satisfaction des instruments qui ont volé (13 vols au total)
-Très bonne intercomparaison des deux hygromètres (pico-SDLA et FLASH) de la campagne
-Mesures d'une couche singulière d'aérosols à 18,5 km
- maximums locaux de vapeur d'eau dans la basse stratosphere probablement lié à une activité d'overshoot ou possiblement aux interactions entre aérosols stratosphériques et vapeur d'eau.
- Etude de la structure thermique de la TTL avec la constellation GPS COSMIC : confirmation de l'impact des overshoot sur le cycle diurne
- Validation de IASI : le nouvel algorithme d’inversion de la vapeur est peu convaincant dans la stratosphère alors que le précédent semblait correct autour de la tropopause tropical. Concernant la température, les comparaisons IASI/radiosondage ou mesures sous ballon donnent en moyenne de bons résultats.

-La moitié des vols prévus pour la champagne IOP ont été réalisé. Il faudra revenir un mois en jan-février 2013 pour finir les vols de la période intensive.
-La correspondance des mesures par les deux hygromètres Pico-SDLA et FLASH permet d’envisager des stratégies de vol particulières entre ces deux instruments pour un échantillonnage maximum.
- les mesures d’une couche d’aérosols de nature encore inconnue mais possiblement volcanique, ainsi que ses interactions avec la vapeur d’eau dans la basse stratosphère offre une perspective nouvelle, non initialement prévu dans le projet initiale et sera l’un des travaux urgents de la fin 2012 avant la suite de la campagne IOP.
Le reste des perspectives restent conforme au projet initialement soumis.

Depuis l’acceptation du projet, il y a eu 4 présentations orales lors de congres internationaux, 4 posters lors de congrès internationaux. De plus 7 séminaires internes ou externes au laboratoire on présenté des résultats du projet TRO-pico. Voir le détail dans le rapport à T0+18 moisEnfin une publication Khaykin et al. 2012 est en préparation.

Résumé de soumission

La vapeur d’eau (WV en anglais) est une composante clé du système climatique et chimique de la stratosphère. Dans la haute troposphère et la basse stratosphère (UTLS) des régions tropicales, son abondance dépend d’une compétition entre deux mécanismes : des injections locales de cristaux de glace associées à de violents overshoots convectifs qui après sublimation dans un environnement sous-saturé humidifient la stratosphère jusqu’à 19 ou 20 km et la condensation de la vapeur d’eau sous forme de cirrus fins dans les régions du globe les plus froides à la tropopause dont les cristaux sédimentent et assèchent la couche. Cependant si le mécanisme local d’humidification sur les continents, ignoré des modèles météorologiques et climatiques, est maintenant largement reconnu, son impact à l’échelle globale est encore discuté. Le but de TRO-pico est de tenter de quantifier le flux de vapeur d’eau résultant de ces overshoots pour en déduire leur impact à plus grande échelle y compris sur la variabilité saisonnière de la vapeur d’eau. Le projet consiste en une combinaison de mesures en ballon aux tropiques, d’observations sol et satellitaires et de modélisation à différentes échelles.
La campagne de terrain proposée dans la région la plus convective de l’Amérique du Sud dans l’état de Sao Paulo au Brésil s’étendrait sur deux périodes de temps :
- une première de sondages réguliers de vapeur d’eau (hygromètre diode laser Pico-SDLA et spectromètre proche IR mini-SAOZ) deux à trois fois par mois d’octobre 2011 à avril 2012 pour en étudier la variation le long de toute la saison convective, appelée SMOP pour « Six Month Observing Period »,
- une seconde, intitulée IOP pour « Intense Observing Period » de sondages de vapeur d’eau, méthane, NOx, ozone, aérosols, particules de glace et champ électrique à l’aide d’instruments adéquats au plus près des orages durant la période convective la plus intense en janvier- février 2012, pour étudier le mécanisme de transport troposphère-stratosphère et d’humidification, la fréquence des évènements et leur impact à l’échelle régionale.
Les observations associées seront constituées des données de deux radar en bande S permettant d’identifier la présence des overshoots dans un domaine de 250 km de rayon, et de celles de vapeur d’eau des satellites AURA-MLS, IASI et Megha-Tropiques, d’aérosols et de nuages de CALIPSO et profils de température de la constellation COSMIC GPS. Quant aux modèles destinés à simuler ces observations, l’idée consiste à en utiliser toute une gamme, depuis l’échelle du nuage convectif (BAMS et Meso-NH) en mode Cloud Resolving Model, jusqu’aux échelles continentale et globale (MOCAGE-PALM avec assimilation de données MLS) pour examiner ce que peuvent reproduire les uns et les autres, et tenter de comprendre les modifications éventuelles qui pourraient être apportées pour mieux rendre compte des observations. Par ailleurs, les mêmes données permettront d’aborder deux autres questions ; celle de l’influence possible du champ électrique associé aux orages et des NOx formés par les éclairs sur la composition des cirrus (NAT), et enfin l’évaluation de la qualité des produits de vapeur d’eau des instruments français IASI sur Metop et Saphir sur Megha-Tropiques. Enfin, au cas où à la fois TRO-Pico et CONVECTRO seraient retenus, une forte interaction entre les projets, permettraient peut-être à la communauté française une réelle avancée dans la compréhension du transport vertical et de la vapeur d’eau dans la basse stratosphère qui reste encore un domaine très mal représenté dans les modèles météorologiques et climatiques.

Coordination du projet

Emmanuel Rivière (UNIVERSITE DE REIMS CHAMPAGNE-ARDENNE) – emmanuel.riviere@univ-reims.fr

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

LATMOS/IPSL/CNRS/UVSQ/UPMC CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - Délégation Ile de France Ouest et Nord
DT-INSU/CNRS/UPS855 CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - Délégation Ile de France Ouest et Nord
UPS - LA UNIVERSITE PAUL SABATIER (TOULOUSE III)
GSMA/URCA/CNRS UNIVERSITE DE REIMS CHAMPAGNE-ARDENNE

Aide de l'ANR 600 000 euros
Début et durée du projet scientifique : - 48 Mois

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