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Lettre pigb-pmrc France n°17 - Changement global
Evolution de la quantité de vapeur
d'eau stratosphérique
Certaines observations suggèrent que la quantité de
vapeur d'eau stratosphérique augmente de façon
quasi continue depuis une vingtaine d'années. La prise
en compte de cette tendance par des modèles glo-
baux montre qu'elle pourrait contribuer au réchauffe-
ment climatique à long terme. L'augmentation de
vapeur d'eau stratosphérique pourrait aussi augmen-
ter le taux de destruction d'ozone polaire par une
intensification de la formation de nuages stratosphé-
riques polaires.
La vapeur d'eau stratosphérique
La répartition verticale de la vapeur d'eau est caractérisée,
dans la troposphère, par la prédominance d'une décrois-
sance quasi continue avec l'altitude jusqu'à la tropopause.
Par contre, dans la stratosphère, la quantité de vapeur
d'eau varie peu avec l'altitude : on y trouve une faible
concentration en vapeur d'eau, la fraction molaire de
vapeur d'eau (ou rapport de mélange volumique) étant
de l'ordre de 5 ppmv au-delà de la région d'échange tro-
posphère-stratosphère, c'est-à-dire à partir de 1 à 2 km
au-dessus de la tropopause. Une légère augmentation
avec l'altitude intervient du fait de l'oxydation du
méthane, comme le montre la Figure 1 qui représente un
profil typique de vapeur d'eau dans la stratosphère des
moyennes latitudes, ainsi qu'un profil des hautes latitudes
de l'hémisphère nord en dehors du vortex polaire.
Le constat actuel : la controverse
Une tendance à l'augmentation du contenu en vapeur
d'eau stratosphérique au cours des 23 dernières années a
été mise en évidence par des sondages ballons réguliers
effectués à Boulder, USA, 40N. La tendance serait de
l'ordre de 1% du rapport de mélange par an (Oltmans et
al, 2000).
Toutefois il est difficile de généraliser à l'ensemble de la
planète ce constat émanant d'observations effectuées en
une région limitée du globe. C'est pourquoi une étude a
été faite au moyen des observations satellitaires, en parti-
culier celles de l'instrument HALOE du satellite UARS,
mais sur période plus courte (1992D 2003, Randel et al.,
2004) : après l'éruption du Pinatubo et jusqu'en 1996,
l'augmentation moyenne de vapeur d'eau mise en évi-
dence est cohérente avec les observations ballons à
Boulder. Par contre globalement, sur toute la période
d'observation HALOE, la tendance moyenne est quasi
nulle (et même légèrement négative). Il est donc clair que
l'on ne dispose pas du recul suffisant pour conclure à une
tendance à long terme.
Changes in the stratospheric water
vapour content
Some observations suggest that the water vapour content of
the stratosphere has increased quite continuously for about
twenty years. Global models that take into account such a
trend suggest that this could contribute to long-term global
climate warming. Additionally, this increase of the stratos-
pheric water vapour content could contribute to an increase
in the rate of polar ozone destruction through an intensifica-
tion of the formation of polar stratospheric clouds.
Stratospheric water vapour
In the troposphere, the distribution of water vapour decreases
quasi-continuously with altitude up to the tropopause level.
However, in the stratosphere, the water vapour content varies
little with altitude: there is a low concentration of water
vapour, the molar fraction of water vapour - or volume mixing
ratio - being about 5 ppmv beyond the area of troposphere-
stratosphere exchange, i.e. 1 to 2 km above the tropopause.
There is a light increase with altitude because of methane oxi-
dation, as shown on Figure 1, which represents a typical water
vapour profile in the mid-latitude stratosphere, as well as a pro-
file of the high latitudes of the northern hemisphere outside the
polar vortex.
The current statement: a controversy
Regular balloon soundings carried out at Boulder, USA, 40°N
have highlighted a trend towards an increase in the stratos-
pheric water vapour content over the last 23 years. The
trend would be about 1% of the mixing ratio per year
(Oltmans et al., 2000).
However, as it is difficult to generalize observations carried
out in a limited region of the world to the entire planet, fur-
ther studies were conducted by means of satellite observa-
tions, in particular by those of the HALOE instrument on the
UARS platform, over a shorter period - 1992-2003 - (Randel
et al., 2004). After the volcanic eruption of the Pinatubo and
until 1996, the average water vapour increase measured
was consistent with the balloon observations in Boulder. On
the other hand, over the whole period of observation by
HALOE, the average trend was quasi-nil (and even slightly
negative). It is clear that we lack information over a longer
period to conclude that this is a long-term trend.
The possible origins of a trend
If we consider an increase in the stratospheric water vapour
content of 1% per year, approximately a third of the increase
can be attributed to the anthropic increase in methane in
the atmosphere. What causes the remainder of the increase