TRANSPORT CONVECTIF TROPOSPHERE-STRATOSPHERE Importance l échelle globale? Jean-Pierre Pommereau CNRS LATMOS, Guyancourt, France

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1 TRANSPORT CONVECTIF TROPOSPHERE-STRATOSPHERE Importance l échelle globale? Jean-Pierre Pommereau CNRS LATMOS, Guyancourt, France

2 Transport Troposphere-Stratosphere 0-14 km Convection. Rapide (heures) jusqu au niveau d équilibre Layer of Neutral Buoyancy (LNB), la base de la Tropical Tropopause Layer (TTL) 0.3 K /day = 0.3 km/month km Ascendance lente (>6 mois) par échauffement radiatif ou /et Soulèvement rapide (heures) par overshoot convectif Question: Contribution relative overshoot comparée à ascendance radiative? Corti et al 2005

3 PLAN 1. Qu est ce qu un overshoot? 2. Impact sur la TTL à échelle locale 3. Importance à l échelle globale Continents vs oceans, cycle diurne, variation saisonnière, vitesse verticale 4. Représentation dans les modèles globaux?

4 Convective overshoot Cb turrets Energetic updraft above equilibrium level (kinetic energy) Known for long over continents Up to 20 km Fujita, T.T., Mystery of Severe Storms, 1992 Updraft velocity of up to m/s (1 km overshoot requires about 20 m/s at LNB) Expected impact: Top TTL CPT Injection of adiabatically cooled tropospheric air in LS LNB Cold trap dehydration Danielsen, 1982

5 Impact à l échelle locale (1) Radiosondes C-band radar Cloud Top LRT Injection jusqu à 20 km d air refroidi par détente adiabatique Pommereau and Held, 2007

6 Impact à l échelle locale (2) Humidification de la TTL par injection de cristaux de glace Backscatter ratio Water Vapour NIAMEY, SCOUT-AMMA 2006 Cloud-Top at 18.5 km Hygropause 20 km CPT MIT Radar Temperature Ozone Khaykin et al., 2009

7 M-55 FISH hygrometer at Darwin, Nov 2005 tropopause (17 km): cold point Courtesy C Schiller

8 Impact à l échelle locale (3) Chaboureau et al., 2007 Grovesnor et al., 2007 Mécanisme bien reproduit par «Cloud resolving Models»

9 Overshoots convectifs fréquents sur les continents Injection d air refroidi par détente, d espèces chimiques troposphériques et de cristaux de glace jusqu à km Bien simulés par CRM meso-échelles Mais est ce important l échelle globale?

10 a) OÙ et QUAND? TRMM Precipitation Radar: Frequency of Overshooting Precipitation Features(OPFs) at altitude > 14 km (Liu and Zipser, 2005) Strat. Fountain SH Summer Hibiscus / Troccinox Feb 2004 and 2005 Darwin: STEP 1987, SCOUT 2005 TC4 Aug 07 NH Summer SCOUT BSO May 2008 Indian Monssoon SCOUT-AMMA Aug 2006, Aug 2008 Max over land, particularly Africa Parts per thousand

11 HALOE CH4 and ODIN N20 in the lower stratopshere MAM CH4 UARS/HALOE N2O ODIN/SMR 19 km 400 K 17 km Confirmed by CH4 and N2O Ricaud et al. 2007

12 b) Différence Continents-Océans, Cycle diurne TRMM PR OPFs Land Ocean 1-2% amplitude, max early morning 13% amplitude over land, max at 16 hr (Liu and Zipser, 2005)

13 TRMM IR and OPFs diurnal cycle TRMM VIRS Tr <210 K TRMM PR OPFs > 14 km Pacifique Indonésie Afrique Am. Sud Confirmed by brigthness temp. (Liu and Zipser, 2009)

14 c) Saison TRMM Precipitation Radar Overshooting Volume Most intense convection from March to May (Liu and Zipser, 2005)

15 MLS CO Fast injection of CO up to top TTL over Africa in FebMarch Similar but to lower altitude over S. America in Oct-Nov UT 146 hpa Schoeberl et al 2006

16 Clean washed-out tropospheric air from CALIPSO lidar Soufrière Hills and Tavurvur volcanoes Ascent of volcanic plumes in the stratosphere above 20 km at 0.3 km/month Minimum vertical velocity at 20 km (almost zero in the NH summer) Fast cleansing from the tropopause to km in Feb-March Vernier et al. 2009

17 d) Vitesse verticale K K K <1 Month CALIPSO clean tropospheric air 6 Months Fast cleansing of volcanic aerosols in the equatorial belt after Jan 2007 Repetition of cleansing at the same season in 2008 Less than one month between K Vernier et al., 2010

18 e) Sommet de la TTL 2008 zonal mean CALIPSO aerosols Top TTL at about 20 km Vernier, Thèse 2009

19 Simulations par modèles globaux? N2O seasonal variation in the Lower Stratosphere MOCAGE / ECMWF ODIN-SMR Mean Africa West Pacific SLIMCAT / Rad. Heating Max uplift from Oct to April Min during NH summer Ignored by models Ricaud et al. 2009

20 Observed and modelled N2O profiles during convective season in May MOCAGE / ECMWF SLIMCAT/ Radiative heating ODIN West Pacific Mean Africa Observations: Fast vertical exchange up to 450 K, larger MR over Africa, slower velocity above 500 K CTM Models: Absence of indication of difference between land and oceans in the TTL, faster in ECMWF residual circulation than radiative heating Ricaud et al. 2009

21 Conclusions Echelle locale. Evidence d injections fréquentes d air troposphérique jusqu à km au-dessus des continents dans l après-midi. Hydratation de la TTL par injection de cristaux de glace. Bien simulées par CRM. Echelle globale. Evidence à partir des sommets de nuages, de la concentration d espèces de courte et longue durées de vie, de vapeur d eau et d air lessivé, d un transport rapide d air troposphérique dans la TTL jusqu à 20 km en région équatoriale en hiver et au printemps de l hémisphère nord. Modèles globaux en contradiction avec observations: vitesse verticale inappropriée entre km, ignorance du transport convectif rapide dans la TTL Détails Poster JPP et al.