Les typhons chargent l’atmosphère en ozone puis la nettoient

Deux avions de China Airlines équipés par l’infrastructure de recherche européenne IAGOS ont fourni des données inédites sur l’environnement des typhons du Pacifique nord-ouest en 2016. Les mesures effectuées lors de décollages et atterrissages à Taïwan montrent un enrichissement en ozone, un appauvrissement en monoxyde de carbone et un assèchement entre 3 et 15 km d’altitude, dans une large zone à l’avant des typhons. À cet endroit, les analyses météorologiques révèlent une origine stratosphérique de l’air, par compensation des courants ascendants liés aux typhons. Après leur passage, les mesures IAGOS montrent un « nettoyage » de l’atmosphère avec plus d’humidité et de faibles contenus en ozone et en monoxyde de carbone, caractéristiques de l’air océanique non pollué. Ces travaux, publiés dans la revue Atmospheric Chemistry and Physics, ont été menés par une équipe des scientifiques internationaux[1] dont 3 chercheurs du Laboratoire d’aérologie (LAero-OMP, CNRS / UT3 Paul Sabatier).

L’infrastructure de recherche européenne IAGOS,[2] sous la responsabilité du Laboratoire d’aérologie (LAéro-OMP), regroupe des structures de recherche en France, en Allemagne et au Royaume-Uni. Elle équipe des avions de ligne d’instruments permettant de mesurer la composition chimique de l’atmosphère.

Deux appareils de la compagnie taïwanaise China Airlines ainsi équipés (Figure 1) ont fourni des informations inédites sur l’environnement proche des typhons du Pacifique nord-ouest. Les scientifiques ont analysé les mesures de vapeur d’eau, d’ozone et de monoxyde de carbone recueillies lors des décollages et des atterrissages à l’aéroport international de Taipei, à proximité des typhons Nepartak, Nida et Megi, qui sont passés à moins de 1000 km de Taïwan en 2016. Ces données ont été placées dans leur contexte météorologique grâce aux réanalyses ERA-5 du Centre européen de prévision météorologique à moyen terme (CEPMMT – ECMWF).

Deux avions de China Airlines équipés par l’infrastructure de recherche européenne IAGOS ont fourni des données inédites sur l’environnement des typhons du Pacifique nord-ouest en 2016. Les mesures effectuées lors de décollages et atterrissages à Taïwan montrent un enrichissement en ozone, un appauvrissement en monoxyde de carbone et un assèchement entre 3 et 15 km d’altitude, dans une large zone à l’avant des typhons. À cet endroit, les analyses météorologiques révèlent une origine stratosphérique de l’air, par compensation des courants ascendants liés aux typhons. Après leur passage, les mesures IAGOS montrent un « nettoyage » de l’atmosphère avec plus d’humidité et de faibles contenus en ozone et en monoxyde de carbone, caractéristiques de l’air océanique non pollué. Ces travaux, publiés dans la revue Atmospheric Chemistry and Physics, ont été menés par une équipe des scientifiques internationaux[1] dont 3 chercheurs du Laboratoire d’aérologie (LAero-OMP, CNRS / UT3 Paul Sabatier).

L’infrastructure de recherche européenne IAGOS,[2] sous la responsabilité du Laboratoire d’aérologie (LAéro-OMP), regroupe des structures de recherche en France, en Allemagne et au Royaume-Uni. Elle équipe des avions de ligne d’instruments permettant de mesurer la composition chimique de l’atmosphère.

Deux appareils de la compagnie taïwanaise China Airlines ainsi équipés (Figure 1) ont fourni des informations inédites sur l’environnement proche des typhons du Pacifique nord-ouest. Les scientifiques ont analysé les mesures de vapeur d’eau, d’ozone et de monoxyde de carbone recueillies lors des décollages et des atterrissages à l’aéroport international de Taipei, à proximité des typhons Nepartak, Nida et Megi, qui sont passés à moins de 1000 km de Taïwan en 2016. Ces données ont été placées dans leur contexte météorologique grâce aux réanalyses ERA-5 du Centre européen de prévision météorologique à moyen terme (CEPMMT – ECMWF).
 

Figure 1 : Avion Airbus A330-302 B-18317 de China Airlines équipé de l’instrumentation IAGOS
Figure 1 : Avion Airbus A330-302 B-18317 de China Airlines équipé de l’instrumentation IAGOS © Kuo-Ying Wang – National Central University, Taoyuan City, Taiwan

Les observations IAGOS révèlent dans la moyenne et haute troposphère (entre 3 et 15 km d’altitude) un enrichissement systématique en ozone, un appauvrissement plus ou moins marqué en monoxyde de carbone et un fort assèchement, dans une large zone située 500 à 1000 km à l’avant des typhons par rapport à leur déplacement. Au même endroit, les réanalyses ERA-5 montrent de fortes valeurs de tourbillon potentiel, caractéristiques de masses d’air d’origine stratosphérique (au-dessus de 15 km d’altitude).

Ces résultats, obtenus de façon quasi identique pour plusieurs typhons de l’année 2016 passés à proximité de Taïwan, montrent que ces puissantes perturbations météorologiques induisent, par compensation des forts courants ascendants qui leur sont associés, des mouvements descendants moins intenses mais beaucoup plus étendus spatialement. Ces derniers transportent parfois de l’air sec, pauvre en monoxyde de carbone et riche en ozone, de la haute troposphère ou de la basse stratosphère (entre 12 et 18 km d’altitude) vers la surface. Pour les cas étudiés, l’influence des éclairs – qui produisent des oxydes d’azote, précurseurs de l’ozone en air humide – souvent nombreux dans certaines régions de typhons ne semble pas importante. Après le passage des typhons, les mesures IAGOS et les réanalyses ERA-5 révèlent un « nettoyage » efficace de l’atmosphère avec un air plus humide et de très faibles contenus en ozone et monoxyde de carbone, caractéristiques de l’air océanique non pollué qui alimente les typhons. La Figure 2 résume les différentes contributions à l’impact des typhons sur la composition chimique de l’atmosphère.
 

Figure 2
Figure 2 Coupe verticale idéalisée (avec une échelle verticale amplifiée) d’un typhon, ou cyclone tropical, et des transports associés d’ozone (O3) et de monoxyde de carbone (CO), en relation avec les régions sèches (dry) et humides (moist), et les zones de fort tourbillon potentiel (PV).
© Franck Roux – LA-OMP

Il serait maintenant intéressant de savoir si cet impact très net des typhons sur la composition chimique de l’atmosphère est une spécificité des phénomènes du Pacifique nord-ouest, ou s’il se retrouve, comme certaines publications[3] semblent le montrer pour le nord et le sud-ouest de l’océan indien, de façon plus ou moins systématique pour les cyclones qui se produisent sur les autres régions tropicales.

Référence :


The influence of typhoons on atmospheric composition deduced from IAGOS measurements over Taipei, Roux, F., Clark, H., Wang, K.-Y., Rohs, S., Sauvage, B., and Nédélec, P, Atmos. Chem. Phys., vol. 20, p. 3945-3963, 2020.
https://doi.org/10.5194/acp-20-3945-2020

Contacts :


Franck Roux, Professeur à l’université Toulouse III – Paul Sabatier, et Hannah Clark
Laboratoire d’aérologie (LAero-OMP – CNRS / UT3 Paul Sabatier)


[1] Laboratoire d’aérologie (LAero-OMP – CNRS / UT3 Paul Sabatier), France – Département des sciences atmosphériques, National Central University, Taoyuan City, Taiwan – Institut de recherche sur l’énergie et le climat (IEK-8 Troposphère), Centre de recherche de Jülich, Allemagne
[2] IAGOS « In-service Aircaft for a Global Atmospheric System » est un service d’observation labellisé par l’Institut national des sciences de l’Univers du CNRS depuis 1994 et une infrastructure de recherche du CNRS depuis 2009
[3] Das, S.S., Ratnam, M.K., Uma, K.N., Subrahmanyam, K.V., Girach, I.A., Patra, A.K., Aneesh, S., Suneeth, K.V., Kumar, K.K., Kesarkar, A.P., Sijikumar, S., and Ramkumar, G. : “Influence of tropical cyclones on tropospheric ozone : Possible implications”, Atmos. Chem. Phys., 16, 4837–4847, doi : 10.5194/acp-16-4837-2016, 2016
Leclair de Bellevue, J., Baray, J.–L., Baldy, S., Ancellet, G., Diab, R., and Ravetta, F. : “Simulation of stratosphere to troposphere transport during the tropical cyclone Marlene event”, Atmos. Env., 41, 6510–6526, doi : 10.1016/j.atmosenv.2007.04.040, 2007

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