Transport Troposphere – Stratosphere Différence Hémisphère Sud Hemisphère Nord J. P. Pommereau(1), S. Khaykin(1), J.-P. Vernier(2), F. Carminati (3), P. Ricaud(3), J-P. Chaboureau, T. Dauhut (4) (1) LATMOS, CNRS, UVSQ, Guyancourt, France (2) Science Systems and Applications, Inc. Hampton. Virginia, USA (3) CNRM, Meteo-France, Toulouse, France (4) Laboratoire d’Aérologie, Toulouse, France Contact: Jean-Pierre. Pommereau@latmos.ipsl.fr

EN ETE AUSTRAL UNIQUEMENT NETTOYAGE CONVECTIF DES AEROSOLS STRATOSPHERIQUES CALIPSO lidar scattering ratio à 532 nm Moyenne zonale 20°S-20°N Latitude / time evolution Compared to ascent by radiative heating 480-520K 440-480K 400K-440K 400-360K NETTOYAGE DES AEROSOLS SIMULTANE A TOUTES ALTITUDES JUSQU’À 500K (20 KM) PAR MELANGE AVEC AIR CLAIR INJECTE PAR CONVECTION EN ETE AUSTRAL UNIQUEMENT PLUS RAPIDE QUE SOULÈVEMENT PAR CHAUFFAGE RADIATIF Soulèvement convectif ignoré par les modèles de transport des aerosols Vernier et al., 2011

EN JAN-MAR DURANT L’ETE AUSTRAL -20-0°S Tropique Sud Nabro 14N Tavurvur 4°S Forrest Fire 37S Merapi 6°S Kelud 8°S Soufriere 16°N cv CONFIRMATION DU NETTOYAGE RAPIDE SYSTEMATIQUE DES AEROSOLS JUSQU’A 20 KM PAR INJECTION D’AIR CLAIR EN JAN-MAR DURANT L’ETE AUSTRAL

0-20°N Tropique Nord Merapi 6°S Tavurvur 4°S Kasatochi 44N Nabro 14N Kelud 8°S Soufriere 16°Ny MEME CHOSE AU TROPIQUE NORD MAIS TOUJOURS UNIQUEMENT DURANT L’ETE AUSTRAL

SIGNATURE DE LA CONVECTION SUR LA BASSE STRATOSPHERE: REFROIDISSEMENT A 17-19 KM DANS L’APRES MIDI AU VOISINNAGE DES ORAGES BAURU 22°S BRESIL EN FEB 2004 Radiosondes Cloud top C-band radar Refroidissement de 3-4° C à 17-19 km en fin d’après midi durant les jours de maximum de CAPE Pommereau et al., ACP, 2011

en été Austral et plus intense au tropique sud OU ? QUAND? COMMENT? Variation Geodiurnale diurne de la température GPS RO entre la tropopause entre 0-1.5 km au dessus de la tropopause. A gauche: 0-25°S en DJF. A droite: 0-25°N en JJA Rectangles noirs: Régions continentales s. 25°S-00 DJF 00-25°N JJA Longitude Local time Refroidissement au dessus des continents durant l’après-midi en été Austral et plus intense au tropique sud Khaykin et al, 2013

Vapeur d’eau dans la basse stratosphere H2O % jour-nuit MLS 2005-2012 Carminati (ACP, 2014) DJF JJA 56 hPa 100 hPa 177 hPa Maximum d’humidité de jour dans la basse strato à la suite de la sublimation des cristaux de glace injectés dans l’après midi Afrique et Amérique du Sud en été austral uniquement (absent en été boréal)

SIMULATIONS Overshoots of 10-15 km diameter, 10-30 minutes duration. Total Water mixing ratio (color shading), stream functions (black contours), potential temperature (grey lines) and cloud limits (red lines). Chaboureau et al., 2007 Water Vapor mixing ratio (color shading), ice water mixing ratio (black contours) and temperature (red contours) Jensen et al 2007. Overshoots of 10-15 km diameter, 10-30 minutes duration. Vertical velocity of up to 50 m/s at 14 km NON-HYDROSTATIC PROCESS WELL CAPTURED BY CLOUD RESOLVING MODELS (Vigor dependent on aerosol loading)

OBSERVATIONS (aérosols, température, vapeur d’eau) cohérentes avec TRANSPORT CONVECTIF TROPOSPHERE-STRATOSPHERE PLUS INTENSE DANS L’HEMISPHERE SUD DIFFERENCE ENTRE HEMISPHÈRES IGNORÉE PAR LES MODÈLES RAISON DE CETTE DIFFERENCE ENTRE LES HEMISPHÈRES ? IMPACT SUR LA COMPOSITION DE LA STRATOSPHERE ET LE CLIMAT ?

Difference of Sunlight attenuation during rainy season EXPLICATION POSSIBLE Difference of Sunlight attenuation during rainy season AOT < 0.1 in the South AOT > 0.5 in the North NH summer AERONET AOT SH summer TROPIQUE SUD PLUS PROPRE QUE TROPIQUE NORD

Fast CAPE reduction at AOT > 0.5 MICROPHYSICAL AND RADIATIVE MESOSCALE MODEL SIMULATIONS (A) SOUTH TROPICS NORT TROPICS Fast CAPE reduction at AOT > 0.5 (adapted Rosenfield et al., 2008 and Tao et al., 2012)

CONVECTIVE AVAILABLE POTENTIAL ENERGY Bauru 22°S Feb 2013 (Meso ETA) Niamey 12°N Aug 2006 (Nuret et al. 2008) CAPE STONGER AND FASTER DAYTIME CAPE INCREASE IN THE SOUTH (up to 5500 J/kg in the early afternoon in Bauru compared to max 4000 J/kg in the evening only Niamey

CONCLUSIONS VIOLENTS et FREQUENTS OVERSHOOTS CONVECTIFS jusqu’à 20 KM au dessus des CONTINENTS TROPICAUX dans l’HEMISHERE SUD TRANSPORT TROPOSPHERE-STRATOSPHERE PLUS INTENSE DANS LE SUD REDUCTION DE L’INTENSITE DE LA CONVECTION EN PRESENCE DE POLLUTION ANTHROPOGENIQUE ET DE POUSSIERE DESERTIQUE CONTRADICTION AVEC MODELE DE SIMULATION: DIFFERENCE ENTRE CONTINENTS ET OCEANS NON REPRODUITS

PROSPECTIVE Extension des analyses Calipso sur 8 ans Variations saisonnieres moyennes Vernier NASA Lrc Altitude des nuages convectifs Données ODS Comparaison Brésil Bauru / Réunion Maïdo / Burkina Ouagadougou Pommereau, Khaykin, Sarkissian LATLUS P. Rannou, D.Toledo GSMA

Cloud statistics, altitude and optical thickness OPTICAL DEPTH SENSOR Cloud statistics, altitude and optical thickness Northern Tropics Ouagadougou Southern Tropics Bauru Summer Very High afternoon Clouds Summer

PROSPECTIVE (2) c) Poursuite des analyses d’intensité de convection. Données radar IPMET Bauru. ANR TROPICO E. Riviére et al d) Observations de la composition de la basse stratosphère entre 10-25°S en été austal (N2O, CO, vapeur d’eau..) Donéees MLS Coll F. Carminati e) Reprise des mesures nuages, H20, etc en petits ballons durant saison convective HS CNES non disponible. Projet à monter.

Impact des aérosols sur le climat PROSPECTIVE (3) f) Modélisation Méso-échelle. Différence Continebt Océan. Influence de la nature et de l’épaisseur optique des aérosols. Rayonnement, Microohysique Chaboureau, Dahut g) Différence HS-HN Impact des aérosols sur le climat