Stratosphere-troposphere exchange (STE) and its effects on the stratospheric and tropospheric chemical compositions have been studied for the past two decades, but details on how mass is transported between the stratosphere and the troposphere are not well established. The goal of this study is to better describe global properties of cross tropopause trajectories, and to understand the processes related to transport of mass between the troposphere and the stratosphere. This understanding led us to build the simplest model which captures the most important properties of STE. To do this, nine-day extra-tropical stratosphere-troposphere exchange trajectories covering a period of 10 years, calculated using the ERA-15 re-analysis data, are investigated. The present study shows that the fraction of trajectories that reside in the stratosphere or in the troposphere does not depend on the direction of the exchange (stratosphere-to-troposphere transport, STT, or troposphere-to-stratosphere transport, TST). Trajectories are found to reside longer in the troposphere than in the stratosphere which suggests that they are driven down by asymmetric two-way motion. A random walk model is used to see whether this asymmetric transport is a result of a diffusive process. The transport of trajectories along isentropic coordinates is found to be compatible with a Brownian motion with higher probabilities to go downward. Since stratosphere-troposphere exchange reflects a differential motion of air masses and the tropopause, the potential temperature at the tropopause directly above or below the air mass is also investigated. The tropopause steps distributions are not stationary and they show some dynamical behaviors like the deformation of the tropopause at exchange time. Dispersion of trajectories in the atmosphere was furthermore investigated using several methods. They gave rise to three different transport mechanisms: diffusion, sub-diffusion and super-diffusion transports. / Les échanges entre la stratosphère et la troposphère (STE) et leurs effets sur la composition chimique de la stratosphère et de la troposphère ont été étudiés intensivement, mais les détails sur la manière dont les masses d'air sont transportés entre la stratosphère et la troposphère ne sont pas bien établis. Le but de cette étude est de décrire les propriétés globales des trajectoires qui traversent la tropopause, et de mieux comprendre les processus liés au transport de la matière entre la troposphère et la stratosphère. Une fois ces détails établis, nous avons essayé de construire un modèle simple qui capture les propriétés les plus importantes des STE. Pour ce faire, des trajectoires d'échanges entre la stratosphère et la troposphère (STE), couvrant les extra-tropiques durant une période de 10 ans ont été calculées en utilisant les données d'ERA-15. Dans cette étude on montre que la fraction de trajectoires qui résident dans la stratosphère ou dans la troposphère ne dépend pas de la direction de l'échange (transport de la stratosphère à la troposphère, STT, ou de la troposphère à la stratosphère, TST). Les trajectoires résident plus longtemps dans la troposphère que dans la stratosphère. Ceci suggère que les trajectoires sont entraînées vers le bas par un flux asymétrique. Un modèle de marches aléatoires est utilisé pour voir si ce transport asymétrique est le résultat d'un processus de diffusion. Le transport de trajectoires à travers les surfaces de la température potentielle est compatible avec un mouvement Brownien avec une plus grande probabilité d'aller vers le bas. Puisque l'échange entre la stratosphère et la troposphère reflète un mouvement différentiel entre les masses d'air et la tropopause, la température potentielle à la tropopause directement au-dessus ou au-dessous de la masse d'air est également étudiée. Les distributions de pas de la tropopause ne sont pas statio
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.18688 |
| Date | January 2008 |
| Creators | Moustabchir, Rachid |
| Contributors | Michel Bourqui (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Atmospheric and Oceanic Sciences) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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