LA STRATOSPHÈRE

COMPOSITION DE LA STRATOSPHERE - La Couche d'Ozone - Le Trou dans la Couche d'Ozone - La stratosphère dans les hautes-latitudes - Le vortex polaire - La stratosphère dans les basses-latitudes - La QBO (Oscillation Quasi Bisannuelle)

LA STRATOSPHERE
 DANS LES BASSES-LATITUDES

La Q.B.O (Oscillation Quasi Bisannuelle)

Au-dessus de l'équateur, entre 20 et 50 km d'altitude, les vents stratosphériques font le tour du globe soit en direction Est, soit en direction Ouest. Tous les 15 à 20 mois la direction s'inverse. Ce phénomène est connu sous le nom d'Oscillation Quasi Bisannuelle (Q.B.O). D'un fluide d'une perspective dynamique, la Q.B.O est un courant cohérent, la moyenne d'oscillation qui est conduite en propageant verticalement des vagues des périodes sans rapport à celui du résultat du Q.B.O. On n'en comprend pas totalement la cause, mais on sait qu'il influence sur divers paramètres de l'atmosphère, dont les quantités d'ozone aux latitudes moyennes et élevées.

Quand dans la stratosphère le vent souffle vers l'Est, QBO de phase d'Ouest (weasterly), une accélération des vents est sentie, alors qu'un vent vers l'Ouest, QBO de phase d'Est (esterly), cause une décélération des vents. Les accélérations et les décélérations alternatives de vent sont liés s'il y a les vents vers l'Est ou vers l'Ouest dans la stratosphère inférieure. Les easterlies sont généralement plus forts (30-35 m/s) que les westerlies (15-20 m/s)

Bien que la Q.B.O soit un phénomène tropical, il affecte le courant stratosphérique de pôle à pôle en modulant les effets de vagues de l'extratropical. Alors la Q.B.O a une influence sur le vortex polaire. Quand elle est de phase d'Ouest il y a trois fois plus de chance d'avoir un vortex polaire important et quand la Q.B.O est de phase d'Est il est deux fois plus probable que le tourbillon polaire soit faible. Ceci a un effet sur le taux d'ozone dans l'atmosphère et doit avoir des liens avec l'index de l'A.O. et donc sur les hivers. En 1993, 1995 et 1997 la Q.B.O. était dans la phase de l'Ouest et on a enregistré d'importantes pertes d'ozone dans l'Arctique.

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QBO DESCENDANT VERS L'EST tropique ------------ équateur ------------ tropique QBO DESCENDANT VERS L'OUEST tropique ------------ équateur ------------ tropique Illustration schématique du QBO tropique qui montre un modèle de la moyenne : la température, la circulation, et la température des vents.

 

La QBO a des liens sur l'activité cyclonique tropicale. En règle générale, une activité cyclonique est plus forte de 50 à 70 % quand la Q.B.O. est de phase Ouest et inversement quand la Q.B.O. est de phase Est.

Plusieurs chercheurs ont considéré que les effets éloignés de ENSO pourraient influencer la stratosphère de l'extratropical. Une telle influence pourrait se masquer comme un signal du QBO, ou au moins difficile à l'écart d'un signal du QBO. WALLACE et CHANG étaient incapables de séparer les effets d'ENSO et du QBO sur la stratosphère tropicale sur 21 hivers de l'hémisphère du Nord à 30-hPa geopotential. VAN LOON et LABITZE ont aussi trouvés que les phases du QBO et d'ENSO ont eu tendance à coïncider. En enlevant les années d'ENSO chaudes (El Niño) il reste seulement les années avec les anomalies ENSO faibles et froides soit La Niña qui ont affichées des résultats semblables à Holton et Tan. Les études d'observation subséquentes (HAMILTON…), et le modèle (HAMILTON…) d'exposition ont une image logique dans l'influence d'ENSO sur la structure zonale du tourbillon qui est en grande partie emprisonnée dans la stratosphère. Dans la stratosphère inférieure, ENSO paraît moduler les amplitudes de vagues stationnaires à grande échelle.

Ce graphique représente la direction et l'importance du vent dans la stratosphère équatoriale. Quand
l'indice est négatif les vents vont de l'Est vers l'Ouest avec une vitesse de plus en plus
importante suivant la valeur. Ce graphique est réalisé et mis à jours suivant les données de la NOAA

 

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l'évolution du QBO de 1952 à 1996 animé

 

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de 1991 à 1996 suivant l'altitude (Source de la NASA)

Source : NASA

Elisabeth et Jean-Claude Ribes, Philippe Merlin et Istvan Vince ont montré que la Q.B.O pourrait être déclenchée par le "petit" cycle du Soleil, celui de mille jours.

En 1950 Van Loon et Karin Labitzke ont fait les liens entre la Q.B.O et le cycle solaire de 11 ans :

La variabilité de 10 ans, peut-être dit par un cycle solaire de 11 années, qui existe dans des registres de données qui ont commencé clairement dans les années 1950. VAN LOON et LABITZE ont étudié la circulation de l'hémisphère nord. Représentés en 29 résumés, leurs résultats montrent la dispersion complète à une hauteur moyenne de 30 hpa du géopotentiel en janvier et février au-dessus du Pôle Nord suivant le Flux Radioélectrique Solaire (10.7 cm de longueur d'onde). L'ensemble des données peut être groupé en quatre catégories basées sur la phase du QBO et le niveau de l'activité solaire. Dans une année avec une activité solaire faible, le vortex hivernal polaire a tendance à être dérangé et faible quand la QBO est d'Est, mais plus profond et non dérangé quand la QBO est de l'Ouest. Dans les années avec une forte activité solaire, cependant, les phases de l'Ouest du QBO sont associées avec les hivers dérangés, alors que les phases d'Est du QBO sont accompagnées d'un vortex polaire profond et non dérangé. D'où, la QBO agit comme prédit par HOLTON et TAN (1980) dans les années avec une faible activité solaire, mais paraît renverser son comportement pendant les années avec une activité solaire importante. Seulement deux cas ne vont pas parfaitement dans ce plan : 1989 et 1997.

C'est le sujet de débat actif si oui ou non la variabilité de 10 ans est causée par le cycle de 11 années solaire, mais il y a l'évidence croissante à travers le modèle que le cycle solaire a une influence considérable sur les vents et les températures dans la stratosphère supérieure. Sur le cycle solaire de 11 années, la constante solaire varie par moins que 0,10%. La variabilité, sur un cycle solaire, de l'UV responsable pour la plupart du réchauffement de l'ozone est de moins de 1%. La variabilité augmente à 8% aux longueurs d'ondes plus courtes que les 200 nm seulement ce qui peut affecter indirect la chimie de l'ozone pourtant rehaussé par la production d'oxygène qui diminué à son tour pourrait affecter le taux du réchauffement de l'atmosphére.