Les nuages stratosphériques polaires (PSCs) jouent un rôle primordial dans l'amincissement saisonnier de la couche d'ozone, en renforçant d'abord la destruction de l'ozone par l'activation de réservoirs stables de chlore et de brome en radicaux réactifs, et ensuite en prolongeant la destruction de l'ozone par l'élimination du HNO3 et du H2O de la stratosphère par sédimentation. L'objectif principal de cette thèse est d'examiner l'évolution des PSCs dans un contexte de changement climatique, afin de mieux comprendre leur rôle dans l'appauvrissement de la couche d'ozone et sa récupération potentielle au cours du siècle. Cette thèse s'est concentrée sur deux axes : documenter les changements dans la durée de la saison PSC au cours des dernières décennies (1980-2021) et examiner les changements projetés de la saison PSC au cours du 21e siècle (2015-2100) selon différents scénarios climatiques. Pour répondre à ces problématiques, nous avons analysé le produit PSC satellite dérivé des mesures lidar spatiales. Ce produit fournit la distribution spatiale, la composition et les propriétés optiques des PSCs de 2006 à 2020 avec une haute résolution spatiale et temporelle. Nous fournissons d'abord une climatologie des PSCs au-dessus de l'Antarctique en utilisant le produit PSC, afin d'analyser la distribution spatiale et temporelle des PSCs. Nos résultats révèlent une forte corrélation entre la formation des PSCs et les températures stratosphériques. Nous avons donc exploré plus en profondeur ce lien PSC-température en développant un modèle statistique qui estime la densité quotidienne de PSC à partir de carte de température à différents niveaux de pression entre 10 et 150 hPa, basé sur des relations mensuelles PSC-température. Ce modèle prédit avec précision les densités de PSC et les durées de saison, montrant une corrélation robuste avec les observations. Nous avons ensuite appliqué ce modèle aux températures de réanalyse griddées (60–90° S), ce qui nous a permis d'examiner l'évolution des saisons de PSC de 1980 à 2021 sur l'ensemble de la région antarctique. Nos résultats révèlent un allongement significatif de la saison PSC entre 1980 et 2000, à tous les niveaux de pression sauf à 10–20 hPa, suivi de l'absence de changements significatifs de 2000 à 2021. L'allongement de la durée de la saison PSC entre 1980 et 2000 est cohérent avec les tendances de température des réanalyses et fiable même en tenant compte des biais. Sur l'ensemble de la période 1980–2021, entre 30 et 100 hPa, la saison PSC s'allonge significativement de 17 jours en moyenne. Nous étudions les changements projetés dans la durée de la saison PSC entre 2015 et 2100 en appliquant une version révisée du modèle PSC aux projections de température futures de trois modèles climatiques sous trois scénarios socio-économiques. Nos résultats indiquent une extension significative de la saison PSC dans les scénarios à fortes émissions, principalement due à des dates de début plus précoces et cohérente avec le refroidissement stratosphérique dû à l'augmentation des concentrations en CO2 dans la troposphère. En revanche, dans le scénario à faibles émissions, la saison PSC se raccourcit en raison du réchauffement stratosphérique causé par la récupération de la couche d'ozone, avec des dates de fin prévues plus précoces. |
Polar stratospheric clouds (PSCs) play a primary role in the seasonal thinning of the ozone layer, by first enhancing ozone depletion through the activation of stable reservoirs of chlorine and bromine into reactive radicals, and second by prolonging ozone depletion through the removal of HNO3 and H2O from the stratosphere by sedimentation. The main objective of this thesis is to examine the evolution of PSCs in the context of ongoing climate change, to better understand their role in the ozone depletion and its potential recovery over the century. This thesis focused on two axes: documenting changes in the PSC season duration over the past decades (1980-2021) and examine the projected changes in the PSC season through the 21st century (2015-2100) according to different climate scenarios. To address this, we analyzed the satellite PSC product derived from spaceborne lidar measurements. This product provides the spatial distribution, composition, and optical properties of PSCs from 2006 to 2020 with high spatial and temporal resolution. We first provide a climatology of PSCs above the Antarctic using this PSC product, to analyze the spatial and temporal distribution of PSCs. Our findings reveal a strong correlation between PSC formation and stratospheric temperatures. We therefore explored this PSC-temperature link more deeply by developing a statistical model that estimates daily PSC density from temperature maps across pressure levels between 10 and 150 hPa, based on monthly PSC-temperature relationships. This model accurately predicts PSC densities and season durations, showing a robust correlation with observations. We then applied this model to gridded reanalysis temperatures (60–90° S), allowing us to examine the evolution of PSC seasons from 1980 to 2021 over the entire Antarctic region. Our results reveal a significant lengthening of the PSC season between 1980 and 2000, at all pressure levels except at 10–20 hPa, followed by no significant changes from 2000 to 2021. The lengthening in PSC season duration between 1980 and 2000 is consistent with reanalysis temperature trends and reliable even considering biases. Over the complete 1980–2021 period, between 30 and 100 hPa, the PSC season gets significantly longer by 17 days on average. We investigate projected changes in the PSC season duration between 2015 and 2100 by applying a revised version of the PSC model to future temperature projections from three climate models under three socio-economic scenarios. Our results indicate a significant extension of the PSC season under high-emission scenarios, primarily driven by earlier start dates and consistent with stratospheric cooling due to increased in tropospheric CO2 concentrations. In contrast, under the low emission scenario, the PSC season shortens due to stratospheric warming causing by the recovery of the ozone layer, with earlier end dates predicted. |