Nouvelle climatologie de l’ozone et du monoxyde de carbone troposphériques

Le laboratoire d’Aérologie (Université Toulouse 3/CNRS), en collaboration avec le CNRM (Météo-France/CNRS) a établi une climatologie de la répartition de l’ozone (O3) et du monoxyde de carbone (CO) troposphériques dans l’hémisphère Nord, sur 15 ans (1994-2009). Elle s’appuie sur les mesures des capteurs MOZAIC équipant des Airbus A340 de compagnies aériennes. Elle montre un résultat pour l’O3 fort différent des climatologies de référence de McPeters (2007, 2012) et un biais important par rapport à un produit troposphérique satellitaire comparable.

Historiquement, la cartographie de l’ozone a été dressée d’abord avec des données issues de radiosondages (très discrètes dans le temps et l’espace), puis des mesures spatiales (très dépendantes du couvert nuageux, avec une résolution verticale limitée). Depuis 1994, les instruments scientifiques automatiques MOZAIC embarqués par des Airbus A340 échantillonnent en continu l’ozone (O3) et le monoxyde de carbone (CO). Entre 20°N et 50°N, 40 000 profils verticaux (montées et descentes au dessus des aéroports) ont permis de documenter la troposphère de façon précise, à haute résolution verticale, et ce quelque soit les conditions nuageuses.

Le premier résultat concerne la quantité totale de gaz contenus dans la colonnetroposphérique. Le minimum d’O3 se situe en Europe en décembre et le maximum sur le Moyen Orient en juillet. La mousson d’été affaiblit singulièrement ces quantités au Japon contrairement à Beijing. Pour le CO, les valeurs minimales se situent généralement entre juin et novembre et les maximales au début du printemps. Beijing apparaît alors «hors normes» avec un minimum qui excède tous les maxima des autres sites, dû à une pollution des basses couches de l’atmosphère (de 2 à 7 fois supérieure en hiver comparé au Japon ou l’Europe). Au contraire, le Moyen Orient présente les plus faibles quantités.

Le deuxième résultat concerne la répartition verticale des deux gaz. En tous lieux, en deçà de 2 km, la concentration de l’O3 augmente avec l’altitude en raison de la formation photochimique, puis au-delà elle décroît. En filtrant les valeurs stratosphériques, on trouve, et ce de façon très cohérente, moins d’O3 et plus de CO dans la haute-troposphère que si ce filtre n’est pas appliqué, quelque soit le lieu et la saison. Ce résultat concernant la troposphère est important car fort différent des climatologies classiques qui servaient de référence. La répartition verticale de ces deux gaz est comparable entre l’Est de USA et l’Europe. Mousson, production photochimique locale et transport à longue distance sont les processus majeurs qui affectent les autres sites.

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cycle annuel de l’O3 et du CO dans la troposphère en Allemagne et au Japon dérivé de MOZAIC et de capteurs satellitaires dédiés (TES et AIRS). La courbe verte décrit le cycle annuel de l’altitude de la tropopause

Enfin, cette nouvelle climatologie troposphérique a été comparée à celle déduite des données satellitales.Pour les colonnes troposphériques, si les cycles saisonniers sont similaires, on souligne toutefois une surestimation par le satellite de l’O3 (30%) et une sous-estimation du CO (25%). Cette différence provient principalement du fait que les mesures satellitales ne peuvent pas discriminer exactement la position de la tropopause, d’où la surestimation des valeurs d’O3 dans la haute troposphère, surtout en hiver. La sous-estimation du CO tient au fait que le satellite manque de performance dans les basses couches. Cette nouvelle climatologie prend tout son intérêt en particulier lorsqu’on s’intéresse aux tendances à moyen et long terme des ces deux composés dans la troposphère.

Contact chercheur : Regina Zbinden, laboratoire d’Aérologie (unité mixte Université Toulouse 3/CNRS) : regina.zbindenSPAMFILTER@aero.obs-mip.fr

 Pour en savoir plus : R.M. Zbinden, V. Thouret, P. Ricaud, F. Carminati, J-P. Cammas et P. Nédélec, 2013 : Climatology of pure tropospheric profiles and column contents of ozone and carbon monoxide using MOZAIC in the mid-northern latitudes (24°N to 50°N) from 1994 to 2009. Atmospheric Chemistry and Physics (sous presse).

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