Prévoir la chimie stratosphérique pour Copernicus

2023-2024
Depuis le 27 juin 2023, le service Copernicus de surveillance de l’atmosphère (CAMS) prévoit les processus chimiques non seulement dans la troposphère mais aussi dans la couche d’ozone, grâce à la contribution de l’IASB au système de prévision intégré (IFS) du Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (ECMWF).

Nous avons intégré dans IFS des modules de chimie stratosphérique issus de notre propre système de modélisation et d’assimilation (BASCOE) et validé les prévisions améliorées de la composition stratosphérique.

Extension des prévisions chimiques de CAMS à la stratosphère

Depuis le 27 juin 2023, les prévisions mondiales du ‘Copernicus Atmosphere Moniring Service’ (CAMS) couvrent non seulement la troposphère, mais aussi la stratosphère (15 à 50 km d’altitude), qui abrite la couche d’ozone nous protégeant des rayons UV nocifs.

Chaque printemps, un « trou » se forme dans la couche d’ozone au-dessus de l’Antarctique, et parfois au-dessus de l’Arctique.

Ces dernières années, des perturbations majeures se sont produites à cause :

CAMS utilisait auparavant un modèle simplifié de chimie stratosphérique, limitant la prise en compte de ces perturbations.

Pour répondre aux besoins des utilisateurs, le système intègre désor-mais une représentation plus complète des processus stratosphériques, améliorant la surveillance de la couche d’ozone et ses liens avec la crise climatique.

Surveillance de la composition atmosphérique par l’Europe  

CAMS fournit des prévisions mondiales en temps réel:

Ses données touchent plus de 200 millions de personnes chaque jour via sites web et apps pour smartphones. Ces prévisions sont produites par une configuration spéciale du système de prévision numérique de l’ECMWF (Centre Européen pour les Prévisions Météorologiques à Moyen Terme), qui intègre à la fois la météorologie et la chimie atmosphérique.

Dans ce cadre, l’IASB a implémenté la modélisation des processus chimiques stratosphériques. 

Une nouvelle génération de modèles atmosphériques 

Jusqu’en 2023, CAMS ne modélisait pas explicitement la chimie complexe de la couche d’ozone. L’IASB, fort de son système BASCOE développé depuis 2002, a intégré des modules de chimie stratosphérique dans le modèle de l’ECMWF.

Cette mise à jour permet de prévoir non seulement l’ozone et la dynamique stratosphérique, mais aussi des espèces chimiques clés comme NO₂, HCl et ClO, qui influencent l’épaisseur de la couche d’ozone. Les utilisateurs bénéficient désormais d’analyses plus détaillées de son évolution, influencée par le Protocole de Montréal et la crise climatique actuelle. Le modèle opérationnel a été à nouveau amélioré le 12 novembre 2024 par la prise en compte des interactions entre gaz et aérosols.

Cet accomplissement résulte de 25 ans de R&D continue à l’IASB grâce aux soutiens durables du programme Copernicus de l’UE et de la Politique scientifique fédérale belge.

 

Références:

Service européen de surveillance de l'atmosphère Copernicus (CAMS)
Service européen de surveillance de l'atmosphère Copernicus (CAMS)
Cartes des prévisions à cinq jours
Prévisions sur cinq jours fournies par la nouvelle version du système global ECMWF/IFS CAMS : cartes dans la basse stratosphère (niveau de pression de 30 hPa), correspondant à une altitude d’environ 22 km. La date montrée est le 6 octobre 2022, car le trou d’ozone de 2022 fut l’un des plus persistants des 40 dernières années. Les cartes montrent la température, l’ozone (O₃), le dioxyde d’azote (NO₂), le chlorure d’hydrogène (HCl) et le monoxyde de chlore (ClO) pour illustrer l’évolution du trou d’ozone polaire.

Les très basses températures au-dessus de l’Antarctique favorisent la formation de nuages stratosphériques et la production chimique de HCl, générant après la longue nuit polaire du ClO qui détruit l’ozone. Le NO₂ participe à ces réactions chimiques et constitue aussi un polluant important en surface : calculer sa concentration dans la stratosphère permet une meilleure exploitation des observations satellitaires pour prévoir la pollution au sol.
Évolution du trou dans la couche d'ozone au-dessus de l'Antarctique CAMS
Figure générée par CAMS le 15 septembre 2024 (et mise à jour quotidiennement) pour suivre l’évolution du trou d’ozone au-dessus de l’Antarctique et la comparer aux années précédentes. La ligne rouge montre la superficie du trou d’ozone en fonction des jours pour l’année en cours, les lignes bleues montrent l’évolution correspondante au cours des deux années précédentes, et les zones grises indiquent l’intervalle des valeurs observées depuis le début des mesures satellitaires (1979).