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Influence indirecte de la stratosphère sur le climat

Dossier - Le climat et la couche d'ozone
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Le problème de la disparition de la couche d'ozone s'est posé de façon brutale et dramatique il y a maintenant 20 ans. Actuellement c'est le problème de l'augmentation des gaz à effet de serre et le changement climatique qui en est la conséquence qui tiennent, à juste titre, le devant de la scène. Ce dossier fait le point sur le processus de récupération de la couche d'ozone à la suite de l'application du Protocole de Montréal et de ses amendements successifs, et indique les relations entre l'état de la stratosphère et le changement climatique en cours.

  
DossiersLe climat et la couche d'ozone
 

Certaines fluctuations de la température au sol, qui se superposent à la croissance continue dûe aux GES, sont d'origine naturelle, solaire et volcanique, et elles sont transmises et/ou amplifiées par la stratosphère.

Les différents processus affectant le système troposphère-stratosphère: les émissions de gaz à effet de serre, les éruptions volcaniques, le flux solaire ultraviolet et visible et les échanges dynamiques à travers la tropopause. © Domaine public

• Influence de la variabilité solaire sur l'atmosphère et le climat

Bien que le mécanisme par lequel les changements d'activité solaire influencent le climat ne soit pas encore totalement compris, le mécanisme le plus probable fait appel à l'absorption du rayonnement UV par l'ozone stratosphérique qui conditionne la température de la stratosphère. Tout changement dans le flux solaire (qui se produit pour la majeure partie dans l'UV) entraîne des changements du gradient de température entre l'équateur et les pôles et donc des modifications de la circulation stratosphérique. Celles-ci se transfèrent à la troposphère et peuvent entraîner des changements de température au sol : Ts beaucoup plus importants que ceux qui seraient uniquement dus au changement de flux radiatif. La compréhension de ce mécanisme d'amplification par l'intermédiaire de la dynamique est un sujet qui évolue rapidement actuellement et qui pourrait enfin répondre à  la question des relations soleil-climat ouverte depuis de nombreuses années. Outre les fluctuations observées dans Ts, ceci permettrait d'expliquer le petit âge glaciaire et sa relation avec le minimum de Maunder à la fin du  XVI siècle.

• Les aérosols stratosphériques

Lors d'éruptions volcaniques violentes, l'injection dans la stratosphère de grandes quantités de dioxyde de souffre, qui est converti rapidement en aérosols sulfatés, peut d'une part contribuer à détruire l'ozone et d'autre part jouer un rôle d'écran pour le flux solaire et refroidir ainsi la surface. Le processus de lessivage par les pluies n'opérant pas, la durée de vie de ces aérosols dans la stratosphère peut atteindre 5 années. La plus récente éruption, celle du Mont Pinatubo en 1991, a entraîné un refroidissement de la surface atteignant 0.6°C en été 1992, mais cet effet est passager (1 - 2 ans).

• Les échanges dynamiques entre stratosphère et troposphère

La tropopause est loin d'être une barrière infranchissable entre 2 régions de l'atmosphère qui s'ignoreraient. Les échanges de matière et d'énergie sont très fréquents, mais encore mal quantifiés : d'une façon générale, il y a transfert de bas en haut au niveau des tropiques, transfert latéral à moyenne latitude et transfert vers le bas au niveau des pôles. Mais de nombreux transferts ont lieu en dehors des régions tropicales et des pôles, notamment lorsque des langues d'air stratosphérique pénètrent dans la troposphère, lors de ce que l'on appelle les foliations de tropopause. La notion de tropopause (parfois définie comme l'altitude du minimum de température) est elle-même revue actuellement. Il s'agirait non d'une fine surface bien définie, mais d'une couche de  1 à 2 km d'épaisseur. De plus, on commence à observer des changements dans l'altitude et la température de la tropopause sous l'effet de l'augmentation des GES. Les conséquences de tels changements sur le climat ne sont pas encore modélisées, mais elles ne sont vraisemblablement pas négligeables..

• Les connections entre stratosphère et troposphère

L'existence de telles connections fait actuellement l'objet de considérations sérieuses , notamment  la propagation de l'Oscillation Arctique (A.O.) vers la troposphère et la surface, et la similitude de sa structure annulaire avec celle de l'Oscillation Nord Atlantique.  Les radiosondages des 50 dernières années ont permis de mettre en évidence l'existence de deux modes de situation météorologique sur l'Europe  : chaud et humide / froid et sec) suivant la force du vortex polaire et la température dans la stratosphère (vortex fort et température stratosphérique très basse / vortex étiré et température relativement élevée). L'impact sur la prévision météorologique peut évidemment bénéficier de l'existence de telles connections, et dès maintenant les modèles de prévision à moyen terme comme le modèle du U.K. Met Office utilise ces données pour étendre leurs prévisions de 5 à 40 jours.