Post on 04-Apr-2015
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Titre these
Analyses statistiques de la variabilité de l’ozone et
de la température dans la moyenne atmosphère à partir
des données des Services d'Observation NDSC et MOZAIC
Analyses statistiques de la variabilité de l’ozone et
de la température dans la moyenne atmosphère à partir
des données des Services d'Observation NDSC et MOZAIC
Borchi François, Keckhut Philippe, Borchi François, Keckhut Philippe, Pommereau Jean-Pierre, Goutail Pommereau Jean-Pierre, Goutail Florence, Naveau Philippe, Bekki Florence, Naveau Philippe, Bekki
Slimane, Hauchecorne Alain Slimane, Hauchecorne Alain && Colette Augustin Colette Augustin
Borchi François, Keckhut Philippe, Borchi François, Keckhut Philippe, Pommereau Jean-Pierre, Goutail Pommereau Jean-Pierre, Goutail Florence, Naveau Philippe, Bekki Florence, Naveau Philippe, Bekki
Slimane, Hauchecorne Alain Slimane, Hauchecorne Alain && Colette Augustin Colette Augustin
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NDSC Ondelettes : Etude de la variat° interannuelle de
l’O3
Surveillance et étude des changements de la stratosphère
Régres. Multilinéaire : Tendance de l’O3 et
Températ.
processus chimiques, dynamiques, radiatifs et hors atmosphère
Contribution et impact climatique? Homme ?
Contribution et impact climatique? Homme ?
ClimatAssimilation : Validation/exploitation des satellites
Objectif : Interaction entre l’ozone stratosphérique et le climat
An. Multidim. : Etude de l’HT/BS aux mid-latitudesMOZAIC
Quels outils ?Quels outils ?
3
Méthodes statistiques :
• Analyse en Composantes Principales, • Classification (CHA, K-means),• Analyse Discriminante.
=> Discrimination de masses d’air
Borchi & Marenco, Atmos. Env., 2002,Borchi et al., Atmos. Env., 2005,Borchi et al., soumis à Annales Geophys., 2005.
Résultats :
• Existence d’une zone de mélange
=> Variation saisonnière
• Existence d’une stratosphère «humide»
Analyses Multidimensionnelles :
Échanges aux moyennes latitudes
SO MOZAIC :
O3, H2O et T°
mesurés à bord de 5 avions de ligne.
4
Analyses Multidimensionnelles :
Applications récentes
Résultats :
• 4 classes de cirrus plus ou moins épais : => 1 classe proche de la tropopause => 3 classes plus bas dans la troposphère.
• Classification de cirrus à l’OHP (lidar) Keckhut, Borchi, Bekki, Hauchecorne
& SiLaouina, J.A.M., 2005.
3
4
5
6
7
8
9
3 5 7 9 11 13 15 17
Discriminant Function 1 (67 %)
FD 2
(19
%)
1
2
3
4
Absolute height
Depth
IntensityRelative height
Temp
-1 -0.5 0 0.5 1
Discriminant Function 1 (67 %)
DF
2 (1
9 %
)
• Thickness
Absolute height
Depth
IntensityRelative height
Temp
-1 -0.5 0 0.5 1
Discriminant Function 1 (67 %)
DF
2 (1
9 %
)
• Thickness
• Discrimination des feuillets d’O3 en Europe
(MOZAIC, lidars et sondes O3, H2O)
Colette, Ancellet & Borchi, At.Env., 2005.
Résultats :
• Méthode optimale de classification des feuillets.
• Caractériser ces feuillets ainsi que leur origine :
=> Basse stratosphère, couche limite polluée, troposphère libre.
5
Objectifs :
Assimiler l’O3 et le NO2 de GOMOS dans le modèle MIMOSA,
Appliquer à d’autres instruments (OMI, TOMS 3, GOME 2) à partir du réseau NDSC.
Assimilation : Validation et exploitation satellite
S. Rharmili & S. Bekki
Assimilation de l’O3 de GOMOS dans MIMOSA
Ozone à 550K (ppbv)
Vortex avec MIMOSA (23-25 sept. 2002)
Vortex avec MIMOSA + GOMOS
2000 3000 4000
Méthodes : Outils d’assimilation
Coïncidences spatio-temporelles parfaites
Amélioration de la validation,
Combinaison de satellites => long terme.
Champs globaux
Distribution spatio-temporelle à l’échelle globale.
6
Ondelettes : variations de l’ozone
arctique à partir du satellite TOMS
Méthode :
Non decimated wavelet transform (NWT)
=> Déterminer la date de rupture
des variations de la colonne d’O3.
Naveau, Keckhut, Borchi, Hauchecorne & Goldfarb, J.A.S.T.P., en cours.
Résultats :
2 types de rupture dans les variations d’O3
=> l’une nette au printemps l’autre plus diffuse
=> 2 types d’hiver = l’un froid et vortex isolé l’autre chaud et vortex mal isolé
Jours julien
50 100 150 200 250 300
D1
D2
D3
D4
Rupture dans les variations d’ozone
7
Régression : Tendance à long terme
de la température du SO NDSC
?
~43-57 km
Keckhut et al., J. Geophys. Res., 2001
Méthodes :
Régression multilinéaires :
T(t) = moy + Saison(t) + A•t (+A’•t2 ?) + B•Solaire + C•QBO + D•ENSO + E•Aérosol + N•t
A, A’ = amplitudes des tendances B, C, D, E = facteurs des variabilités naturelles N = résidus (bruit)
Résultats :
Refroidissement de la strato. 1-3K/Décade
Problèmes de la non linéarité et de la dépendance des variables => Quels outils ?
8
Méthodes :
Régression multilinéaire et
ultérieurement ondelettes
à partir des SAOZ sol.
Objectifs :
Détecter le rétablissement attendu de l’O3.
Comparer l’impact des processus naturels
à celui de l’homme.
Régression : Tendances à long terme
de l’O3 et du NO2 du SO SAOZ / NDSC
-8
-4
0
4
8 Residual OZONE % 13 months smooth
96 97 98 99 00 01 02 03
-8
-4
0
4
8
Rel
. Diff
(%
)
Residual ozone= SAOZ O3 - Seasonal O3
Diff
éren
ce R
elat
ive
(%)
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003-8
-4
0
4
8 Residual OZONE % 13 months smooth
96 97 98 99 00 01 02 03
-8
-4
0
4
8
Rel
. Diff
(%
)
Residual ozone= SAOZ O3 - Seasonal O3
Diff
éren
ce R
elat
ive
(%)
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003
Tendance linéaire de la colonne d’O3 à Bauru (Brésil)
O3 résiduel sans la variation saisonnière (%)
O3 résiduel final (%) Lissage sur 13 mois
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003
Dif
fére
nce
rela
tive
(%
)
Système d’Analyse parObervations Zénithales :
spectromètres UV-Visible, O3 et NO2 total.
F. Goutail
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Conclusions :
• Classification de masses d’air (à la tropopause, feuillet d’O3 dans la HT)
et de cirrus par Analyses Multidimensionnelles (ACP, clusters, AD).
• Outils d’assimilation à partir du modèle MIMOSA.
• Détermination de la date de rupture des variations de l’O3 arctique à partir d’ondelettes.
• Tendances linéaires de l’O3 et de la T° de la stratosphère par régressions multilinéaires.
Perspectives :
• Outils d’assimilation => validation et exploitation scientifique des satellites.
• Outils statistiques plus performants => tendances et variabilités de l’O3 et Température
modèle linéaire généralisé, ondelettes, réseau de neurones, modèle général additif, etc. ?
Conclusions et perspectives