Projection Climatique du Rayonnement Ultraviolet au cours du 21ème siècle : impact de différents scénarios climatiques

Suite a la signature du Protocole de Montreal en 1987, la concentration atmospherique des substances destructrices d’ozone (ODS) est en baisse. La couche d’ozone montre des signes de recuperation (Morgenstern et al. 2008a). Toutefois, l’emission des gaz a effet de serre (GHG) est en augmentation et devrait affecter au cours du 21eme siecle la distribution et les niveaux d’ozone dans l’atmosphere terrestre. En particulier, la modelisation du climat futur montre des signes d’acceleration de la circulation de Brewer-Dobson transportant l’ozone de l’equateur vers les poles. L’ozone est un constituant chimique important de l’atmosphere. Bien que nocif dans la troposphere, il est essentiel a la vie sur Terre grâce a sa capacite d’absorption d’une grande partie du rayonnement ultraviolet (UV) provenant du Soleil. Des modifications dans sa variabilite temporelle ou geographique impliqueraient des changements d’intensite du rayonnement UV a la surface de la Terre (Hegglin et al. (2009), Bais et al. (2011)). Le rayonnement UV a la surface affecte toute la biosphere. Les interactions entre rayonnement UV et ecosystemes terrestres et aquatiques sont nombreuses. Ces interactions ont des effets sur les cycles biogeochimiques et engendrent des retroactions positives et negatives sur le climat (Erickson III et al., 2015a). La capture du CO2 atmospherique par photosynthese des plantes terrestres en est un exemple (Zepp et al., 2007a). Dans l’ocean la pompe biologique du CO2 par la photosynthese du phytoplancton est aussi directement affecte par la variabilite du rayonnement UV (Hader et al., 2007a). Pour l’homme le rayonnement UV est necessaire car il participe a la photosynthese de la vitamine D (Holick et al., 1980), mais une surexposition a des niveaux d’intensite eleves du rayonnement UV est la cause principale du developpement de cancer de la peau (Matsumura and Ananthaswamy, 2004). L’objectif de ce travail de these est d’analyser l’evolution possible du rayonnement UV au cours du 21eme siecle, en particulier aux tropiques sud, dans le cadre des modifications climatiques attendues. Une premiere partie de ce travail consiste a modeliser le rayonnement UV en ciel clair dans les tropiques grâce au modele TUV (Madronich et al., 1998) et a comparer les resultats aux mesures sols realisees a la Reunion. Cette premiere partie permet l’utilisation future du modele aux tropiques avec un bon niveau de confiance. La sensibilite du modele de transfert radiatif en fonction de differents parametres d’entree est analysee (section efficace d’absorption de l’ozone,spectre extraterrestriel du soleil, .). Les sorties du modele sont ensuite validees a partir de mesures UV spectral au sol obtenues grâce a un spectrometre BENTHAM DM300n. Un filtrage ciel-clair des donnees au sol est opere a partir de mesures de flux et de l’algorithme de Long and Ackerman (2000). Les projections climatiques des indices UV (Mc Kinlay and Diffey, 1987) sont realisees par la suite. Pour cela, on utilise les sorties de plusieurs modeles de Chimie-Climat participant a l’exercice d’inter-comparaison CCMI (Chemistry Climate Model Initiative), couplees aux modele TUV, valide en premiere partie dans les tropiques. L’exercice CCMI consiste a projeter le climat et la chimie Terrestre jusqu’en 2100 selon differents scenarios. Ces sorties decrivant la chimie et physique de l’atmosphere servent d’entree au modele de transfert radiatif, on obtient alors le rayonnement UV jusqu’en 2100 pour differents scenarios. Une premiere analyse comparative de l’UV obtenue pour quatre scenarios d’emissions (RCP2.6/4./6.0/8.5, Meinshausen et al., 2011) est effectuee. La fin du travail consiste a etudier l’impact des ODS, GHG et aerosols sur l’evolution du rayonnement UV au cours du 21eme siecle, avec un focus particulier sur les tropiques de l’hemisphere sud.