Nuages stratosphériques polaires

- « Compte rendu » du workshop SPARC sur les PSC, Zürich, 27-29 août 2014

- Suivi lagrangien des propriétés des PSC en Antarctique à l’aide de Caliop

Workshop ECCLAT, 20 janvier 2015, Perros-GuirecN. Montoux

Workshop PSC : but

- Faire le point sur l’état des connaissances actuelles, les avancées récentes :

* observations satellitales et lidar sol * observations avions et ballons * processus : nucléation, dénitrification, forçage dynamique * chimie et CTMs * paramétrisation des PSC dans les CCM, études empiriques

- Discuter de la nécessité de faire un nouveau papier de Review. Derniers en date :

* Lowe and MacKenzie, 2008 * Peter and Grooβ, 2012 - Discuter des incertitudes, verrous scientifiques restants

Workshop ECCLAT, 20 janvier 2015, Perros-Guirec

Workshop PSC : études

- Classifications des PSC au moyen des données satellites et sols (CALIOP, MIPAS, lidar sol)

Comparaisons Arctique/Antarctique

- Nucléation hétérogène « rapide » sur des poussières désertiques (Hoyle et al., 2013, Ines et al., 2013) ou météorites pour former des NAT.

Taux d’activation des chlorines par les NAT divisé par 10.

- Importance de l’historique de la température de la masse d’air pour la formation des NAT (Lambert et Santee)

- Importance des ondes de relief (Michael Höpfner, 2006, MIPAS).

- Présence de « NAT rocks » 22 µm (Sergej Molleker), asphériques ? Comment se forment-elles ? Rôle dans la dénitrification ?

Workshop ECCLAT, 20 janvier 2015, Perros-Guirec

Workshop PSC : Caliop

- Nouvelle classification de la composition des PSC : Pitts et al. 2007 et 2013

- Climatologie des PSC en Antarctique et Arctique

Workshop ECCLAT, 20 janvier 2015, Perros-Guirec

Workshop PSC : modèles microphysiques

- Modèle du DMI toujours disponible mais plus entretenu Pas de possibilité de faire des NAT sur des aérosols solides

- Modèle microphysique ZOMM : Zurich Optical and Meteorological model

Pas de distribution en tailles des PSC

Ines et al., ACPD, 2013

- Insertion de ZOMM dans CLAMS en coursWorkshop ECCLAT, 20 janvier 2015, Perros-Guirec

Workshop PSC : incertitudes

- Types de supports pour formation hétérogène des NAT ? Présence de sites réactifs mais quels sont-ils ? Formation des NAT « rocks » ? Contribution à la dénitrification ?

- NAD observés en laboratoire (chambre AIDA) mais NAT observés en milieu naturel : pourquoi cette différence ? H2SO4 ?

- Bonne paramétrisation des PCS nécessaire pour correctement reproduire et prédire le trou d’ozone et l’influence d’un changement de climat. Nombre de particules et quantité d’HNO3 capturée ? Incertitudes sur la température ? Sensibilité des instruments ? Classification des PSC, dépendance en T, HNO3 ?

Workshop ECCLAT, 20 janvier 2015, Perros-Guirec

Suivi lagrangien des PSC : introduction

- Contexte : PSC constitués de différents types de particules : NAT (solide), STS (liquide), ICE, … activation des chlorines et destruction d’ozone dépend du type de

particule.

- Objectifs : Mieux comprendre la formation et l’évolution des particules en

fonction de l’environnement thermodynamique des masses d’air. Tester la capacité des modèles microphysiques à reproduire les

observations.

Workshop ECCLAT, 20 janvier 2015, Perros-Guirec

Suivi lagrangien des PSC : cadre

- Méthode :«Match» pour relier l’évolution des propriétés et du type de PSC

observés par lidar en Antarctique avec l’évolution de la pression et de la température le long de trajectoires.

- Projet : International Polar Year : ORACLE-O3 : "Ozone layer and UV

RAdiation in a changing CLimate Evaluated during IPY"

- Dates:2006 à 2008 de mai à septembre

- Lidars impliqués :Sol : Davis, Dumont D’Urville et McMurdo + spatial : CALIOP

Workshop ECCLAT, 20 janvier 2015, Perros-Guirec

- Mesures : nombre de jours de mesures durant les 3 années

- Trajectoires : Début : milieu des sessions d’observation lidar Altitude : 10 niveaux verticaux entre 13 et 25 km Modèle : serveur GSFC (NCEP et DAO) 4790 trajectoires avec NCEP et 3240 avec DAO

- Critères de match : dtraj-lidar< 200 km et ∆PV<40% (∆t <2.5min avec Caliop) 161 trajectoires avec NCEP et 85 avec DAO

Suivi lagrangien des PSC : résumé de la campagne

Moins de PSC à DDU :-bord du vortex-moins de puissance laser et diamètre du télescope plus petit

Workshop ECCLAT, 20 janvier 2015, Perros-Guirec

Suivi lagrangien des PSC : cas d’étudeTrajectoires et température

- Trajectoires semblent suivre le même chemin mais différence temporelle peut être importante

[H2O]=3.5 ppmv–[HNO3]=6 ppbv

- Différences entre les trajectoires plus faibles pour les températures froides (où PSC attendus)

Workshop ECCLAT, 20 janvier 2015, Perros-Guirec

Suivi lagrangien des PSC : cas d’étudePropriétés optiques

- 3 août : fort SR et depo vers McM ICE mais désaccord intensité sol/lidar présence d’ondes de relief ?- Température ne permet pas d’expliquer la présence de certains PSC

mais plutôt l’évolution de température : 9 août 9:51 UTC, T=191.5K : pas de PSC 11 août 21:10 UTC, T=194.2K : STS+NAT

Workshop ECCLAT, 20 janvier 2015, Perros-Guirec

- Entrée : T,P le long des trajectoires, H2O et HNO3 MLS V3.3 initiaux- Sorties : microphysique, chimie, optique

Signaux optiques modélisés plus faibles que ceux observés : ondes ?

Suivi lagrangien des PSC : cas d’étudeModélisation : modèle du DMI

Densité des particules varie d’un facteur 3 entre les trajectoires

Bon accord modèle/obs MLS : chimie, T

Workshop ECCLAT, 20 janvier 2015, Perros-Guirec

Suivi lagrangien des PSC : cas d’étudeModélisation : WRF

- Différence jusqu’à 7 K dans la zone de Mc Murdo où présence d’onde de gravité

- Entrée : analyses NCEP (1° - 6 heures)- Sorties : vent vertical, température (1 heure, 20 km, 120 niveaux

verticaux 10hPa)

Workshop ECCLAT, 20 janvier 2015, Perros-Guirec

Suivi lagrangien des PSC : cas d’étudeConclusion et perspectives

- Forte variation des propriétés optiques sur de petites échelles : Ondes de relief produisent des fluctuations rapides de température

jusqu’à 7 K d’après les simulations WRF peut expliquer différence obs./modèle ? A tester

- Histoire de la masse d’air importante (évolution de la température) pour expliquer présence de particules

- Etude statistique nécessaire (différentes périodes, types de PSC) pour tester capacité des modèles à reproduire les observations

10 cas d’étude déjà sélectionnés.

- Compteur de particules nécessaire pour dissocier imperfection module microphysique ou paramètres optiques (indice de réfraction, forme) dans le modèle du DMI.

Workshop ECCLAT, 20 janvier 2015, Perros-Guirec

Suivi lagrangien des PSC : collaboration

Andrew Klekociuk Michael Pitts

Philippe Keckhut

Luca Di LibertoMarcel Snels

Niels Larsen

Vincent NoëlWorkshop ECCLAT, 20 janvier 2015, Perros-Guirec