Transport Turbulent et Radiatif dans la haute troposphère et la stratosphère tropicales – TuRTLES

La haute troposphère-basse stratosphère tropicale (TUTLS), située entre 14 et 30 km d'altitude, est la porte d'entrée de la stratosphère pour les composés d’origine troposphérique, notamment la vapeur d'eau, les polluants, certains aérosols et leurs précurseurs en phase gazeuse. En façonnant la composition de l'ensemble de la stratosphère, le transport dans la TUTLS influence la couche d'ozone et l'équilibre radiatif de la Terre. Ainsi, les changements de la circulation dans la TUTLS, telles que les récentes perturbations de l'oscillation quasibiennale des vents ou l'augmentation prévue de l'ascendance tropicale, ont des implications critiques pour la composition atmosphérique et le climat de la planète.
Néanmoins, les mécanismes du transport des masses d'air de la troposphère vers la stratosphère sous les tropiques demeurent mal compris. En particulier, des travaux récents ont mis en évidence une incertitude substantielle quant au rôle de la diffusion verticale et du mélange à petite échelle (~10 m). L’importance du terme diffusif dans l’évolution des processus chimiques et microphysiques non linéaires fait de cette incertitude un véritable verrou scientifique pour les études d’impact de la pollution anthropique ou de la géoingénierie stratosphérique. Ainsi, le terme diffusif qui, par le passé, était largement éclipsé par les erreurs d’advection et par la diffusion numérique est désormais le nouveau défi pour la prochaine génération de modèles de transport et de chimie-climat. Une partie de la difficulté provient de la dualité de la diffusion, qui peut résulter soit du mélange turbulent à petite échelle soit de la dispersion diabatique causée par des fluctuations du taux de chauffage radiatif. Qui plus est, ces deux processus sont intermittents, déclenchés par des phénomènes (nuages, ondes de gravité) d'échelles spatiales et temporelles variées, ce qui rend le problème inabordable par des exercices de pure modélisation numérique.
Dans ce contexte, la recherche proposée aborde le problème de la diffusion verticale et de ses effets sur la TUTLS d'un point de vue observationnel. Des observations à haute résolution de la dynamique, s’appuyant sur des mesures inédites mais incluant également de longues séries temporelles, seront analysées et fusionnées pour former un jeu de données de référence sur le mélange turbulent dans la TUTLS. Ce nouveau produit sera combiné à des données météorologiques de dernière génération (réanalyses et satellites géostationnaires) afin d’élaborer une paramétrisation du mélange turbulent par des méthodes d'apprentissage automatique. En parallèle, des calculs précis du transfert radiatif basés sur les fluctuations observées de la température et de la composition apporteront un éclairage nouveau sur la variabilité du taux de chauffage radiatif. Ces avancées permettront d'améliorer la représentation du mélange dans des modèles de chimie-transport détaillés aussi bien que conceptuels, ceci afin de fournir la première estimation fidèle du rôle de la diffusion dans le transport à l'interface troposphère-stratosphère tropicale. Ce résultat constituera une percée vers une représentation réaliste de la TUTLS tout en permettant la quantification des incertitudes en jeu, une clé pour des prédictions climatiques à la fois fiables et crédibles.