Experimental and modeling study of the impact of vertical transport
processes from the boundary-layer on the variability and the budget of
tropospheric ozone
Etude expérimentale et numérique de l'influence des processus de
transport depuis la couche-limite sur la variabilité et le bilan d'ozone
troposphérique.
Résumé
Closing the tropospheric ozone budget requires a better understanding of
the role of transport processes from the major reservoirs: the planetary
boundary layer and the stratosphere. Case studies lead to the
identification of mechanisms involved as well as their efficiency.
However, their global impact on the budget must be addressed on a
climatological basis. The defense is thus divided in two parts.
First, we present case studies based on ozone LIDAR measurements
performed during the ESCOMPTE campaign. This work consists in a data
analysis investigation by means of a hybrid - lagrangian study
involving: global meteorological analyses, lagrangian particle
dispersion computation, and mesoscale, chemistry - transport, and
lagrangian photochemistry modeling. Our aim is to document the amount of
observed ozone variability related to transport processes and, when
appropriate, to infer the role of tropospheric photochemical production.
Second, we propose a climatological analysis of the respective impact of
transport from the boundary-layer and from the tropopause region on the
tropospheric ozone budget. A multivariate analysis is presented and
compared to a trajectography approach. Once validated, this algorithm is
applied to the whole database of ozone profiles collected above Europe
during the past 30 years in order to discuss the seasonal, geographical
and temporal variability of transport processes as well as their impact
on the tropospheric ozone budget. The variability of turbulent mixing
and its impact on the persistence of tropospheric layers will also be
discussed.
the role of transport processes from the major reservoirs: the planetary
boundary layer and the stratosphere. Case studies lead to the
identification of mechanisms involved as well as their efficiency.
However, their global impact on the budget must be addressed on a
climatological basis. The defense is thus divided in two parts.
First, we present case studies based on ozone LIDAR measurements
performed during the ESCOMPTE campaign. This work consists in a data
analysis investigation by means of a hybrid - lagrangian study
involving: global meteorological analyses, lagrangian particle
dispersion computation, and mesoscale, chemistry - transport, and
lagrangian photochemistry modeling. Our aim is to document the amount of
observed ozone variability related to transport processes and, when
appropriate, to infer the role of tropospheric photochemical production.
Second, we propose a climatological analysis of the respective impact of
transport from the boundary-layer and from the tropopause region on the
tropospheric ozone budget. A multivariate analysis is presented and
compared to a trajectography approach. Once validated, this algorithm is
applied to the whole database of ozone profiles collected above Europe
during the past 30 years in order to discuss the seasonal, geographical
and temporal variability of transport processes as well as their impact
on the tropospheric ozone budget. The variability of turbulent mixing
and its impact on the persistence of tropospheric layers will also be
discussed.
La fermeture du bilan d'ozone troposphérique nécessite de mieux
connaître l'importance du transport vertical depuis les principaux
réservoirs: la couche limite atmosphérique et la stratosphère. Les
études de cas permettent de mettre en évidence les mécanismes entrant en
jeu et leur efficacité, mais leur impact sur le bilan ne peut-être
évalué qu'à partir d'analyses climatologiques. L'exposé est donc divisé
en deux grandes parties.
La première porte sur des études de cas à partir des mesures LIDAR ozone
effectuées pendant la campagne ESCOMPTE. La méthodologie repose sur une
analyse des données collectées par une approche hybride lagrangienne
associant des analyses météorologiques globales, et des modèles de
dynamique méso-échelle, de chimie-transport et de photochimie
lagrangienne. L'objectif étant d'identifier la part de la variabilité
observée imputable aux processus transport et, le cas échéant, à la
production photochimique d'ozone dans la troposphère.
Dans une deuxième partie, nous proposons une évaluation de l'importance
respective du transport depuis la couche-limite et depuis la région de
la tropopause sur le bilan d'ozone troposphérique à travers une analyse
climatologique. Un algorithme multivariable de classification des
couches d'ozone mesurées par sondage est présenté, et comparé à une
approche trajectographique. Cet algorithme est ensuite appliqué aux
données collectées depuis une trentaine d'années en Europe afin
d'analyser la variabilité saisonnière, géographique et interannuelle des
processus de transport vertical ainsi que leur influence sur le bilan
d'ozone troposphérique. La variabilité du mélange turbulent dans la
troposphère et ses conséquences sur la persistance des couches sera
aussi évoquée.
connaître l'importance du transport vertical depuis les principaux
réservoirs: la couche limite atmosphérique et la stratosphère. Les
études de cas permettent de mettre en évidence les mécanismes entrant en
jeu et leur efficacité, mais leur impact sur le bilan ne peut-être
évalué qu'à partir d'analyses climatologiques. L'exposé est donc divisé
en deux grandes parties.
La première porte sur des études de cas à partir des mesures LIDAR ozone
effectuées pendant la campagne ESCOMPTE. La méthodologie repose sur une
analyse des données collectées par une approche hybride lagrangienne
associant des analyses météorologiques globales, et des modèles de
dynamique méso-échelle, de chimie-transport et de photochimie
lagrangienne. L'objectif étant d'identifier la part de la variabilité
observée imputable aux processus transport et, le cas échéant, à la
production photochimique d'ozone dans la troposphère.
Dans une deuxième partie, nous proposons une évaluation de l'importance
respective du transport depuis la couche-limite et depuis la région de
la tropopause sur le bilan d'ozone troposphérique à travers une analyse
climatologique. Un algorithme multivariable de classification des
couches d'ozone mesurées par sondage est présenté, et comparé à une
approche trajectographique. Cet algorithme est ensuite appliqué aux
données collectées depuis une trentaine d'années en Europe afin
d'analyser la variabilité saisonnière, géographique et interannuelle des
processus de transport vertical ainsi que leur influence sur le bilan
d'ozone troposphérique. La variabilité du mélange turbulent dans la
troposphère et ses conséquences sur la persistance des couches sera
aussi évoquée.