Les ondes planétaires amplifient la sensibilité de la stratosphère aux variations de l’activité solaire

Les ondes planétaires amplifient la sensibilité de la stratosphère aux variations de l’activité solaire

Bien que le rayonnement solaire soit le moteur principal du climat, les mécanismes par lesquels l’activité solaire agit sur les paramètres atmosphériques dans la basse atmosphère et au niveau du sol ne sont pas clairement identifiés. Par effet radiatif direct d’une part, la variation de la température moyenne engendrée par les variations de l’activité solaire est quasiment indétectable. Par effet indirect d’autre part, les variations du flux des ultraviolets (UV), en modifiant la répartition de l’ozone et par conséquent les gradients de température et la circulation dans la stratosphère, ont un impact important sur la stratosphère. Cependant, la modélisation de cet effet indirect ne permettait pas jusqu’à présent de reproduire les observations, jetant un doute à la fois sur la modélisation et sur la qualité des données.

Le travail effectué au Service d’Aéronomie sur la qualification des mesures de température a permis d’avoir une vision plus cohérente de l’effet du rayonnement ultraviolet sur la stratosphère. La modulation saisonnière très forte de la température (Figure 1) observée à moyenne et haute latitude suggère en effet qu’un mécanisme lié aux ondes planétaires se propageant l’hiver dans la stratosphère est à l’oeuvre. Une modélisation à trois dimensions de la stratosphère a permis d’autre part de reproduire les observations d’une façon remarquable (Figure 2). Grâce en effet à la possibilité, offerte par ce modèle, de choisir l’amplitude des ondes planétaires, on a pu mettre en évidence le caractère hautement non linéaire de la réponse de la stratosphère au forçage solaire et expliquer comment les échauffements stratosphériques soudains (20 à 40° d’amplitude) observés régulièrement durant l’hiver résultent de l’interaction entre les ondes et la circulation moyenne et dépendent donc de l’activité solaire.

La question qui se pose aujourd’hui à la communauté scientifique est de comprendre l’influence de l’activité solaire sur le climat et expliquer le climat du passé, notamment les températures extrêmes du 17ème siècle. Il s’agit en particulier d’identifier un mécanisme responsable de la propagation du signal solaire à travers la haute atmosphère et jusqu’au sol. Les résultats décrits ci-dessus, bien que concernant la stratosphère, peuvent apporter un début de réponse. Ils montrent en effet que les variations importantes observées dans la stratosphère à moyenne et haute latitude pourraient se propager vers le sol grâce aux ondes planétaires.

Plusieurs chercheurs de l’Institut Pierre Simon Laplace (IPSL) sont impliqués dans les recherches de l’impact du soleil sur notre atmosphère. L’extension vers la haute atmosphère du modèle atmosphérique LMDz par le groupe ISC (Interaction de la Stratosphère sur le Climat) de IPSL permettra de poursuivre ces études. Au niveau international, la communauté s’organise autour du groupe SOLARIS du programme SPARC/WCRP (Stratospheric Processes And their Role in Climate / World Climate Research Programme). Du côté des observations, les nouvelles mesures atmosphériques du satellite ENVISAT sont d’ores et déjà disponibles, notamment celles de l’expérience Gomos. Le satellite Picard, qui sera lancé en été 2008, et l’expérience Solspec, dont une nouvelle version devrait être installée sur la station spatiale internationale, mesureront respectivement le diamètre solaire et son spectre et nous permettrons de compléter cette compréhension des mécanismes jouant un rôle essentiel dans les relations Soleil-Terre.

Contact :
Philippe Keckhut au Service d'Aéronomie

 

 

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