[2017] Réponse de la concentration d’ozone stratosphérique à la variabilité solaire

La stratosphère (12-50 km d'altitude) est sensible aux fluctuations du rayonnement ultraviolet solaire entrant (UV), qui module directement la concentration de l'ozone stratosphérique et la température. Ces perturbations induisent des changements dynamiques qui peuvent à leur tour affecter la circulation troposphérique par des couplages stratosphère-troposphère. Par conséquent, une quantification précise de l'impact de la variabilité UV solaire sur la composition et la structure thermique de la stratosphère est importante pour mieux comprendre la variabilité du climat causée par l'énergie solaire.
L'irradiation solaire a une composante de variabilité bien identifiée associée à la rotation du Soleil (c'est-à-dire 27 jours) qui affecte la concentration d'ozone stratosphérique. La réponse de l'ozone observée au cycle de 27 jours s'est révélée peu concluante, variant fortement en fonction de différentes périodes d'analyse. En outre, les résultats des études de modélisation qui ont examiné la réponse de l'ozone aux cycles de 27 jours ont révélé des différences notables quand on les compare observations.

Pour mieux comprendre l'origine de ces divergences, nous avons effectué un ensemble d'expériences avec le modèle chimie-climat LMDz-Reprobus que nous avons comparé aux observations par satellite de l'ozone des instruments UARS MLS et Aura MLS. Un exemple de la réponse de l'ozone au cycle solaire de 27 jours dans les observations et les simulations est affiché sur la figure ci-dessous.

Notre analyse a d'abord montré que LMDz-Reprobus est capable de simuler avec précision le signal solaire de l'ozone observé. L'utilisation d'un grand ensemble de simulations LMDz-Reprobus a révélé que la variabilité interne de la stratosphère contribue à masquer la réponse de l'ozone au cycle solaire de 27 jours. Pour réduire cet effet de masquage et pour mieux identifier le signal solaire de l'ozone, nous avons démontré que des séries d'analyse à long terme sont nécessaires. En général, 10 ans d'analyse permettent de réduire l'incertitude du signal solaire de l'ozone à moins de 20%. Par conséquent, les périodes relativement courtes d'analyse considérées dans les études réalisées à partir d'observations (moins de 3 ans) peuvent expliquer en partie le degré élevé de divergences dans la détection des signaux solaires de l'ozone aux échelles de temps de 27 jours.

Référence : Thiéblemont R., M. Marchand S. Bekki, S. Bossay, M. Meftah and A. Hauchecorne, Sensitivity of the tropical stratospheric ozone response to the solar rotational cycle in observations and chemistry-climate model simulations, Atmos. Chem. Phys. Discuss., doi:10.5194/acp-2016-1102, 2017

Figure : Cohérence entre le flux solaire UV et la série temporelle d'ozone tropical stratosphérique (50-1 hPa) (à gauche) mesurée par Aura MLS et (à droite) simulée par le modèle LMDz-Reprobus dans sa configuration  (c.-à-d. la dynamique est rappelée vers la réanalyse météorologique) sur la période 2004-2007. L'observation et les résultats des modèles montrent une réponse d'ozone cohérente et significative au flux solaire UV qui semble centrée sur une période de 27 jours et à 10 hPa (~ 30 km).