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Haute Atmosphère
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Mouvements dans la stratosphère
Contrairement aux mouvements qui existent dans la troposphère, dans la stratosphère l'air se déplace très lentement. Cette couche est très stable et les échanges avec la troposphère sont limités. Mais il en existe tout de même un peu...
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1. Circulation globale des masses d'air et échanges entre la stratosphère et la troposphère.
par Elmar Uherek
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Les échanges Stratosphère-Troposphère
Le déplacement des masses d'air sur la Terre est gouverné par l'action du soleil. Les rayons solaires réchauffent la mer et la terre davantage entre les tropiques qu'à des latitudes plus élevées. La convection (l'élévation de l'air plus chaud) est donc plus forte à l'équateur, où l'air s'élève donc plus haut. Au dessus de la tropopause, la couche d'ozone absorbe les ultraviolets et se réchauffe, sauf dans les régions polaires en particulier pendant l'hiver où il fait nuit durant des mois. En conséquence, les masses d'air s'élèvent des tropiques et gagnent lentement les régions polaires (1). |
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Les échanges entre stratosphère et troposphère se font lorsque des couches de même température traversent la tropopause (2), ou lorsque des transports convectifs ont lieu aux latitudes moyennes (3). Dans tous les cas, les échanges verticaux avec la troposphère se font en plusieurs heures ou plusieurs jours, et le mélange de la stratosphère peut durer des mois et même des années.
Lors des énormes éruptions volcaniques (comme celle du Pinatubo en 1991), l'équilibre stratosphérique peut être perturbé pour 1 ou 2 années. Regardez l'image ci-dessous pour voir l'impact de l'éruption.
Cet échange entre les deux couches que sont la troposphère et la stratosphère modifie la quantité d'ozone troposphérique qui vient principalement de la stratosphère à l'échelle globale. L'ozone stratosphérique permet la formation du composé gazeux OH et initie les cycles de formation/destruction de l'ozone dans la troposphère.
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Tableau:
Le bilan de l'ozone troposphérique:
La formation et la destruction de l'ozone troposphérique sont issus d'échanges, en particulier avec l'ozone stratosphérique.
| Processus de production/perte |
Téragrammes / an |
| Transport à partir de la stratosphère |
+ 600 |
| a) formation par les UV |
+ 3500 |
| b) destruction par les UV |
- 3400 |
| Somme a+b: formation in situ |
+ 100 |
| Dépôt sur les surfaces |
- 700 |
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2. a) Eruption du Mont Pinatubo en juin 1991
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2. b) Mesure de l'absorption des particules émises dans l'atmosphère lors de l'éruption du Mont Pinatubo. L'absorption de ces particules a augmenté immédiatement après l'éruption et a diminué lentement pendant 2 à 3 ans. La perturbation de la concentration en particules (en violet) a atteint la stratosphère.
Données issues de SAGE I + II, cliquez pour agrandir ! (50 K)
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3. La circulation de Brewer Dobson montre que l'air s'élève des Tropiques (au milieu) et redescend vers les pôles. On voit aussi sur ce graphe, en couleur, les concentrations d'ozone en moyenne annuelle, en Unités Dobson par kilomètre. On voit que l'ozone s'accumule aux pôles (le pôle Nord est à droite).
Données issues du site Internet Nimbus 7
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La Circulation de Brewer Dobson
Le transport des masses d'air des tropiques vers les pôles s'appelle la circulation de Brewer Dobson. Ce mouvement est très lent (environ 10 mètres/jour). La figure 1 représentait la vue en coupe de la circulation globale des masses d'air, pour un hémisphère. La figure 3 ci-contre montre cette circulation pour les deux hémisphères, en moyenne annuelle. Les raisons de cette circulation des masses d'air sont complexes et ne seront pas développées ici. Chaque hémisphère a sa propre circulation, et les échanges entre les deux hémisphères sont limités. |
L'hémisphère Sud et l'hémisphère Nord ne se comportent pas tout à fait de la même façon. Au Nord, la répartition de l'eau et des continents est plus disparate, et le vortex polaire est plus faible.
Les variations saisonnières sont aussi à prendre en compte. La figure 3 montre la distribution de l'ozone en moyenne annuelle. Mais avec les saisons et l'inclinaison du soleil qui varie, l'emplacement d'où l'air s'élève dans les tropiques se déplace vers le Nord ou le Sud. La figure 4 montre que le vent et les températures ne sont pas identiques dans les deux hémisphères en janvier. La circulation de Brewer Dobson s'en trouve modifiée.
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4. Vent et température sur une vue en coupe de l'atmosphère en janvier (ce qui correspond à l'hiver dans l'hémisphère Nord, à droite sur l'image). On peut voir les faibles températures de la tropopause sur les tropiques et la formation du vortex polaire sur la région arctique.
Source: © NASA Goddard Space Flight Centre 2002
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Le vortex polaire
Le vortex polaire est un vent circulaire qui se forme sur chacun des deux pôles, mais sur l'Antarctique en particulier. En Arctique le vortex est plus instable, car l'alternance de surfaces recouvertes par les océans et la terre au niveau du pôle Nord perturbe la formation de ce vortex. Au niveau de l'Antarctique, des températures très basses peuvent être atteintes et l'air peut être aspiré vers des altitudes plus faibles comme dans un tourbillon, en faisant ainsi par exemple descendre des composés responsables du trou de la couche d'ozone.
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A propos de cette page:
auteur: Elmar Uherek - MPI Mainz
relecteur pédagogique: Michael Seesing - Uni Duisburg - 2003-08-07
dernière version: 12.01.2004
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