Contribution des échauffements stratosphériques à la variabilité et à l'évolution à long terme de la moyenne atmosphère : observations et modélisations numériques

The influence of stratospheric conditions on the climate has recently become widely accepted. Coupling in the stratosphere-troposphere system causes large amplitude dynamical activity occurring in the middle atmosphere to have significant consequences on the troposphere's equilibrium and flow. Sudden stratospheric warmings are the clearest and strongest manifestation of such activity. This study focuses on the impact of these events on the variability of the middle atmosphere and on estimations of temperature trends. Another objective of our work is to acquire a better understanding of the evolution of a stratospheric warming, from the state of the atmosphere that initiates such an event to its consequences on both the middle atmosphere and the troposphere from a few days to a couple of months after it. First, we describe a novel methodology to perform a statistical analysis of long series and we apply it on a lidar measurement from the Haute-Provence Observatory. The large dynamical activity and the so-called background component can be distinguished, which allows to explain the differences observed between summer and winter. Second, the methodology is validated and its results are extended to a global scope thanks to a dataset from the Canadian Middle Atmosphere Model. Spatial differences are also explained by variations in the dynamical activity. Third, sensitivity tests are performed using RACCORD model to investigate what state of the atmosphere leads to a major stratospheric warming. Meteorological nudging is essential to produce a major warming, especially for split-type events. Last, our results are applied and compared to a case-study of winter 2012-2013.Le rôle joué par la stratosphère sur le climat est aujourd'hui avéré. Le couplage du système troposphère-stratosphère implique que les processus dynamiques de grande amplitude de la moyenne atmosphère perturbent l'équilibre atmosphérique et l'écoulement dans les plus basses couches. Parmi ces phénomènes dynamiques, les échauffements stratosphériques soudains sont les plus emblématiques. Cette étude s'intéresse à l'impact de ces événements sur la variabilité de la moyenne atmosphère et sur l'estimation des tendances de température. Nous cherchons également à mieux caractériser l'évolution spatio-temporelle des échauffements stratosphériques, depuis leurs causes jusqu'à leurs conséquences. Tout d'abord, une méthodologie novatrice d'analyse statistique de séries temporelles est développée et testée sur des mesures lidar de l'Observatoire de Haute-Provence. L'impact des événements dynamiques les plus importants peut ainsi être efficacement isolé de la contribution radiative de fond, ce qui explique les différences observées entre l'été et l'hiver. Ensuite, une simulation du Canadian Middle Atmosphere Model nous permet de valider la méthodologie et d'étendre notre étude à l'ensemble du globe. On montre que les variations spatiales sont elles aussi majoritairement causées par l'activité dynamique. Les conditions de formation d'un échauffement stratosphérique sont également étudiées, à l'aide de tests de sensibilité du modèle RACCORD. On prouve l'importance du rappel vers la météorologie pour produire un échauffement majeur, particulièrement dans le cas d'une rupture du vortex. Enfin, la méthode et nos résultats sont mis à profit dans une analyse de l'hiver 2012-2013