Une rivière d’ozone entre l’Afrique et l’Inde dans la haute troposphère

Mercredi, 4 mars 2015

Une équipe de chercheurs du Laboratoire d’aérologie (LA/OMP, UPS / CNRS) et du Laboratoire de l’atmosphère et des cyclones (LACy/OSU-Réunion, CNRS / Université de la Réunion / Météo-France) a réussi à mettre en évidence l’origine d’une "rivière d’ozone" qui a circulé entre l’Afrique et le Nord de l’Inde au cours de l'automne 2008.

C’est en analysant des données du sondeur spatial IASI que des chercheurs du LA et du LaCy ont détecté des concentrations étonnamment élevées d’ozone (polluant et gaz à effet de serre majeur) dans la haute troposphère au-dessus de la mer d’Arabie durant l'automne 2008. Toujours grâce aux données IASI, les chercheurs ont ensuite pu mettre en évidence et suivre au quotidien, depuis l’Afrique de l'Est et jusqu’au nord de l’Inde, un important transport d’ozone qu’ils ont appelé "rivière d’ozone". Ils ont également pu déterminer que les concentrations d’ozone étaient deux fois plus élevées à l’intérieur (70 à 80 ppbv) qu’à l’extérieur de cette "rivière". Des évènements de ce type avaient déjà été observés auparavant, mais c'était la première fois que des mesures spatiales permettaient d’en suivre un avec une résolution journalière.
En utilisant des modèles météorologiques, les chercheurs ont également pu montrer que cet épisode était lié à la formation, au-dessus de la mer d'Arabie, d'un vent fort et très confiné de type "jet".
Enfin, pour corroborer la présence de ce phénomène, les chercheurs ont analysé les données précises collectées dans le cadre du projet MOZAIC-IAGOS(1) par des sondeurs placés sur les avions de ligne qui, effectuant la liaison Hyderabad-Francfort, avaient traversé la "rivière d’ozone". Ils ont ainsi pu confirmer le passage de la "rivière d'ozone" au-dessus de la côte nord-ouest de l'Inde et les estimations de concentrations d’ozone réalisées à l’aide des données IASI.

La question était alors de déterminer l'origine de ces fortes concentrations d’ozone et de comprendre les mécanismes responsables du transport de cet ozone. Pour ce faire, les chercheurs ont effectué des simulations numériques en utilisant deux modèles.
Une première série de simulations a été réalisée à l’aide du modèle de dispersion lagrangien FLEXPART(2) afin de déterminer, à l'échelle du globe, les régions de provenance possible des masses d'air. Il s’avère que celles-ci n’ont pu arriver que d’Afrique centrale et d’Asie du Sud et que les seules sources possibles pour cet ozone étaient donc les feux de végétation et les éclairs africains ainsi que la pollution asiatique, qui toutes trois conduisent à la formation d’oxydes d’azote (des précurseurs de l’ozone). À noter qu’aucune intrusion d’air stratosphérique n’a été mise en évidence au cours de ces simulations.
Une deuxième série de simulations a ensuite été effectuée avec le modèle météorologique à aire limitée Méso-NH, sur un domaine comportant l’Afrique et l’Asie du Sud, régions identifiées par FLEXPART comme regroupant l'essentiel des sources probables de la "rivière d'ozone". Ces simulations ont consisté à injecter dans le modèle des traceurs à durée de vie limitée, représentatifs des précurseurs de l'ozone présents dans cette région(3), et à analyser leur transport par les vents et la convection.


Concentrations d'ozone mesurées par le sondeur spatial IASI en novembre et décembre 2008 à environ 12 km, une altitude qui correspond à la haute troposphère dans la bande tropicale et à la stratosphère de part et d’autre des tropiques (la limite entre troposphère et stratosphère dépendant de la latitude), et vents horizontaux (flèches noires) montrent la formation d'un "jet" qui prend naissance à l’équateur et dont la branche nord-est sur la mer d'Arabie coïncide avec la "rivière d'ozone".

Les résultats de ces simulations montrent que la principale source conduisant à la formation de cette "rivière d’ozone" est l’émission d’oxydes d’azote par les éclairs au-dessus de l’Afrique centrale.
Par ailleurs, l’air stratosphérique étant un air sec contenant peu de monoxyde de carbone, le caractère troposphérique de cette source est confirmé par les fortes valeurs d’humidité relative (analyses météorologiques) et de concentrations de monoxyde de carbone (mesures IAGOS) au sein de la "rivière d’ozone".

Cette étude remet en question les études antérieures qui mettaient en avant les injections de masses d'air stratosphériques comme source principale des pics d’ozone du même type observés dans la haute troposphère au-dessus de la mer d'Arabie.
L’analyse à venir de toutes les données obtenues par IASI dans cette région permettra de déterminer la récurrence et l’intensité des évènements de type "rivière d’ozone" qui se sont produits durant cette période.

Note(s): 
  1. Le projet MOZAIC-IAGOS (In-service aircraft for a global observing system) utilise un réseau d'avions de ligne équipés d'une instrumentation automatique dédiée pour collecter à l'échelle mondiale des mesures de la composition de l'atmosphère (ozone, monoxyde de carbone, vapeur d'eau, aérosols et nuages).
  2. Ce modèle permet d’étudier le transport de particules par les vents, la turbulence et la convection. Ici, il s’agissait d’injecter des particules fictives dans le modèle et de remonter dans le temps afin de déterminer leur provenance.
  3. Pour injecter ces particules, les chercheurs ont utilisé les inventaires des émissions anthropiques et des feux, les précurseurs issus des éclairs étant contrôlés par le modèle lui-même qui simule les nuages et les éclairs.
Contact(s):
  • Brice Barret, LA/OMP
    brice [dot] barret [at] aero [dot] obs-mip [dot] fr, 05 61 33 27 23

La reprise des actualités du site est autorisée avec la mention "Source : Actualités du CNRS-INSU" et un lien pointant sur la page correspondante.