Cette thèse de doctorat porte sur l’étude de l’évolution des vortex stratosphériques polaires au cours des quarante dernières années. L’intensité et la position de la bordure du vortex des hémisphères sud (HS) et nord (HN) sont évaluées en fonction de la latitude équivalente sur la période 1979 – 2021 sur trois niveaux isentropiques dans la basse et moyenne stratosphère (675 K, 550 K et 475 K) à partir des réanalyses ECMWF ERA-Interim. L’étude comprend également une analyse des dates d’apparition et de rupture des vortex polaires, qui sont déterminées à partir de seuils de vent (par exemple 15,2 m.s, 20 m/s et 25 m/s) le long du bord du vortex. La bordure du vortex est plus intense à la fin de l’hiver, en septembre – octobre – novembre dans l’HS et en février – mars dans l’HN.

Dans l’HS, une augmentation à long terme de l’intensité de la bordure du vortex et des dates de rupture est observée sur la période 1979 – 1999, liée à l’augmentation du trou d’ozone en Antarctique. Une telle tendance n’est pas observée dans l’HN. Après des ruptures précoces entre 1981 et 1987, des tourbillons plus persistants se sont produits dans le nord-est au cours des années 1990 aux trois niveaux isentropes et pour les trois valeurs seuils. Le cycle solaire et, dans une moindre mesure, l’oscillation quasi-biennale (QBO), El Niño Southern Oscillation (ENSO) et l’Oscillation Arctique (AO) modulent l’évolution interannuelle de l’intensité de la bordure du vortex ainsi que leurs dates de rupture. Pour les deux hémisphères, une bordure plus intense et une persistance du vortex sont observées lors des années de minimum solaire (minSC), avec la QBO, et l’ENSO ou l’AO modulant davantage l’influence du cycle solaire. Pour l’HS, durant les phases de QBO ouest (wQBO), la différence entre l’intensité de la bordure du vortex pour les années minSC et maxSC est plus faible que durant les phases de QBO est (eQBO). La bordure du vortex polaire est plus intense et persiste plus longtemps pour les années maxSC/wQBO que pour les années maxSC/eQBO. L’ENSO a un impact plus faible mais la bordure du vortex est un peu plus intense durant les phases froides de l’ENSO pour les années minSC et maxSC.

Pour l’HN, l’intense bordure du vortex durant la phase wQBO est plus prononcée que dans l’HS et la bordure du vortex est plus intense durant les années minSC/wQBO. L’AO a un impact plus faible mais la bordure du vortex est légèrement plus intense durant les années d’AO positives (AOp) que durant les années d’AO négatives à 675 K et 475 K, et persistent plus longtemps durant les années AOp à 550 K et 475 K. Le vortex rompt plus tardivement durant les années maxSC/AOp et minSC/AOn.

Abstract

This PhD study focuses on the study of the evolution of the stratospheric polar vortices over the last forty years. The intensity and position of the Southern (SH) and Northern (NH) Hemispheres stratospheric polar vortex edge are evaluated as a function of equivalent latitude over the 1979 – 2021 period on three isentropic levels in the lower and middle stratosphere (675 K, 550 K and 475 K) from ECMWF ERA-Interim reanalysis. The study also includes an analysis of the onset and breakup dates of the polar vortices, which are determined from wind thresholds (e.g. 15.2 m/s, 20 m/s and 25 m/s along the vortex edge. The vortex edge is stronger in late winter, over September – October – November in the SH and in February – March in the NH. In the SH, long-term increase of the vortex edge intensity and break-up dates is observed over the 1979 – 1999 period, linked to the increase of the Antarctic ozone hole. Such a trend is not observed in the NH. After early break-ups between 1981 and 1987, more persistent vortex occurred in the NH during the 1990s at the three isentropic levels and for the 3 threshold values.

The solar cycle and to a lower extent the quasi-biennal oscillation (QBO), El Niño Southern Oscillation (ENSO) and the Arctic Oscillation (AO) modulate the inter-annual evolution of the strength of the vortex edge and the vortex breakup dates. For both hemispheres stronger vortex edge and longer vortex duration is observed in solar minimum (minSC) years, with the QBO, and ENSO or AO further modulating the solar cycle influence. For the SH, during West QBO (wQBO) phases, the difference between vortex edge intensity for minSC and maxSC years is smaller than during East QBO (eQBO) phases.

The polar vortex edge is stronger and lasts longer for maxSC/wQBO years than for maxSC/eQBO years. ENSO has a weaker impact but the vortex edge is somewhat stronger during cold ENSO phases for both minSC and maxSC years. For the NH, the stronger vortex edge during the wQBO phase is more pronounced than in SH and the vortex edge is stronger during minSC/wQBO years. AO has a weaker impact but the vortex edge is somewhat stronger during positive AO (AOp) years than during negative (AOn) years at 675 K and 475 K and lasts longer during AOp years at 550 K and 475 K. The vortex lasts longer during maxSC/AOp and minSC/AOn.

Informations pratiques

En raison des conditions sanitaires la présentation se fera de façon hybride :

• en présentiel à Sorbonne Université, Campus Pierre et Marie Curie, dans la salle de conférence de l’UFR TEB (tour 46-56, 2^e étage)
• via zoom et sera diffusée à l’adresse suivante :
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