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Assimilation de données satellites au limbe et au nadir dans un modèle de chimie-transport

Barré, Jérôme. Assimilation de données satellites au limbe et au nadir dans un modèle de chimie-transport. PhD, Institut National Polytechnique de Toulouse, 2012

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Official URL: http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00002012/

Abstract

L'assimilation de données permet de combiner d'une manière optimale un modèle numérique décrivant l'évolution de la composition chimique de l'atmosphère et les mesures disponibles. Dans cette thèse, l'assimilation de données est utilisée afin de caractériser les distributions troposphériques et stratosphériques de l'ozone (O3) et du monoxyde de carbone (CO). Le Modèle de Chimie Transport (CTM) MOCAGE (MOdèle de Chimie Atmosphérique à Grande échelle) est utilisé dans une configuration à deux domaines imbriqués avec les résolutions de 2◦ (global) et de 0.2◦ (régional). La technique variationnelle du 3D-FGAT est utilisée pour toutes les études que constituent cette thèse. Nous avons évalué la complémentarité des mesures satellites au limbe et au nadir aujourd'hui disponibles pour la caractérisation de l'UTLS (Haute Troposphère Basse Stratosphère) en assimilant ces deux types de mesures simultanément. Nous nous sommes en particulier intéressé à la propagation de l'information provenant des mesures assimilés dans le modèle et plus particulièrement, aux impacts de l'assimilation de mesures stratosphérique d'ozone en troposphère aux moyennes latitudes. Les principaux objectifs de cette thèse ont été de montrer la valeur ajoutée de l'augmentation de la résolution modèle pour l'assimilation de données et les effets synergiques de l'assimilation combinée d'un sondeur au limbe et au nadir. Des développements au niveau du système d'assimilation en domaine imbriqué à 0.2◦ ont été effectués. L'assimilation des données dans le domaine global est maintenant prise en compte et les conditions aux bords provenant des champs assimilés montre un impact significatif sur le domaine imbriqué. Dans un premier temps, nous avons assimilé les profils d'ozone stratosphériques mesurés au limbe provenant de MLS (Microwave Limb Sounder) afin d'étudier deux cas d'échange entre la Stratosphère et la Troposphère (STE). L'étude compare les résultats obtenus deux résolution horizontales 2◦ et 0.2◦. L'assimilation de MLS montre une meilleure description des champs d'ozone à l'UTLS que celle obtenue avec le modèle seul en particulier à haute résolution où les filaments et les structures stratifiées dans les profils verticaux sont fidèlement représentés. Les résultats des rétro-trajectoires et des prévisions d'ozone démontrent que l'assimilation des profils stratosphériques MLS à haute résolution ont un impact sur les champs d'ozone troposphérique. L'étude montre aussi l'intérêt de disposer de tels instruments pour les applications troposphériques comme la prévision de la qualité de l'air et les études du bilan de l'ozone troposphérique. L'étude est complétée par l'estimation du flux d'ozone à la tropopause et sa sensibilité par rapport à la résolution et à l'assimilation de données. Les profils d'ozone de MLS et les colonnes troposphériques de IASI (Infrared Atmospheric Sounding Interferometer) ont ensuite été assimilés à haute résolution horizontale (0.2◦). Cette étude compare les assimilations séparés et combinées des colonnes troposphériques IASI et profils stratosphériques MLS, afin de mettre en évidence les effets synergiques de l'assimilation combinée. Les comparaisons avec des données indépendantes montrent que l'assimilation combinée de MLS et IASI donne les champs d'ozone particulièrement réalistes au niveau de la stratosphère l'UTLS et la troposphère. L'assimilation combinée montre aussi d'excellents résultats en comparaison avec les mesures indépendantes de colonnes totales par OMI (Ozone Monitoring Instrument). Enfin la dernière partie de ce travail à été consacrée à l'étude du comportement de la couche de mélange à l'UTLS en termes d'épaisseur et d'altitude. L'étude se situe à l'échelle locale et globale en assimilant les mesures d'O3 de MLS les mesures de CO de MOPITT (Measurements Of Pollution In The Troposphere). Des diagnostiques utilisant les corrélations entre O3 et CO ont permis de quantifier l'effet de l'assimilation sur l'altitude et l'épaisseur de la couche de mélange. Nous nous sommes d'abord intéressé à un cas d'étude STE ; l'assimilation de MOPITT permet d'affiner la couche de mélange alors que l'assimilation de MLS étale la couche de mélange vers la troposphère. Quand les champs issu de l'assimilation de MOPITT et de MLS sont utilisés en même temps dans les diagnostiques, la couche de mélange montre un comportement beaucoup plus réaliste et se trouve localisée au niveau de la tropopause thermique. A l'échelle globale, les mêmes effets sont observés. Quand les champs issu de l'assimilation de MOPITT et de MLS sont utilisés en même temps dans les diagnostiques, la couche de mélange correspond à la tropopause thermique au delà de 50 ◦ . Cette étude montre que l'assimilation de données permet de fournir des analyses chimiques de bonne qualité malgré la résolution verticale relativement faible du modèle (et des modèles chimiques de l'état de l'art en général).

Item Type:PhD Thesis
Uncontrolled Keywords:
Institution:Université de Toulouse > Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE)
Laboratory name:
Research Director:
Rabier, Florence and Peuch, Vincent-Henri
Statistics:download
Deposited By: admin admin
Deposited On:04 Mar 2013 22:58

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