Contribution à l'étude du cycle diurne des nuages convectifs au moyen de l'imagerie satellitaire au dessus de l'Afrique tropicale PDF Download
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DANS CETTE THESE, ON ETUDIE LA CONVECTION PROFONDE NUAGEUSE SUR L'AFRIQUE TROPICALE A PARTIR DES DONNEES SATELLITAIRES. POUR CARACTERISER CETTE CONVECTION, PLUSIEURS METHODES SONT UTILISEES. ON CONSIDERE D'ABORD LES MOYENNES MENSUELLES DES LUMINANCES DANS LES CANAUX INFRA-ROUGE AUX DIFFERENTES HEURES DE LA JOURNEE, AINSI QUE LES ECARTS-TYPES DIURNES DE CES LUMINANCES. ENSUITE, ON CONSTRUIT LES FREQUENCES MENSUELLES DES NUAGES A SOMMETS FROIDS. DES INDICES HORIZONTAL ET FREQUENCE SONT DEFINIS RESPECTIVEMENT PAR ELEMENT D'IMAGE MOYENNE ET FREQUENCE. L'ETAPE SUIVANTE EST CONSACREE AUX COMPARAISONS INTERANNUELLES ET INTER-MENSUELLES DES CYCLES DIURNES MAIS A GRANDE ECHELLE SPATIALE. DANS LA SUITE, ON S'ATTACHE DONC AUX ANALYSES FINES PIXEL PAR PIXEL. DEUX NOUVEAUX PARAMETRES SONT UTILISES: L'AMPLITUDE ET LA PHASE DU CYCLE. ENFIN, ON S'INTERESSE AUX COMPARAISONS AVEC LE CYCLE DIURNE DES PRECIPITATIONS SUR UNE REGION PARTICULIERE. LES RESULTATS MONTRENT L'IMPORTANCE DES EFFETS DE RELIEF ET DES CIRCULATIONS LOCALES; LES VARIATIONS INTERANNUELLES DES NUAGES CONVECTIFS SONT LARGEMENT FONCTION DE L'INTERACTION DE CES CIRCULATIONS LOCALES AVEC LES CARACTERISTIQUES DE LA CIRCULATION ATMOSPHERIQUE A GRANDE ECHELLE
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DANS CETTE THESE, ON ETUDIE LA CONVECTION PROFONDE NUAGEUSE SUR L'AFRIQUE TROPICALE A PARTIR DES DONNEES SATELLITAIRES. POUR CARACTERISER CETTE CONVECTION, PLUSIEURS METHODES SONT UTILISEES. ON CONSIDERE D'ABORD LES MOYENNES MENSUELLES DES LUMINANCES DANS LES CANAUX INFRA-ROUGE AUX DIFFERENTES HEURES DE LA JOURNEE, AINSI QUE LES ECARTS-TYPES DIURNES DE CES LUMINANCES. ENSUITE, ON CONSTRUIT LES FREQUENCES MENSUELLES DES NUAGES A SOMMETS FROIDS. DES INDICES HORIZONTAL ET FREQUENCE SONT DEFINIS RESPECTIVEMENT PAR ELEMENT D'IMAGE MOYENNE ET FREQUENCE. L'ETAPE SUIVANTE EST CONSACREE AUX COMPARAISONS INTERANNUELLES ET INTER-MENSUELLES DES CYCLES DIURNES MAIS A GRANDE ECHELLE SPATIALE. DANS LA SUITE, ON S'ATTACHE DONC AUX ANALYSES FINES PIXEL PAR PIXEL. DEUX NOUVEAUX PARAMETRES SONT UTILISES: L'AMPLITUDE ET LA PHASE DU CYCLE. ENFIN, ON S'INTERESSE AUX COMPARAISONS AVEC LE CYCLE DIURNE DES PRECIPITATIONS SUR UNE REGION PARTICULIERE. LES RESULTATS MONTRENT L'IMPORTANCE DES EFFETS DE RELIEF ET DES CIRCULATIONS LOCALES; LES VARIATIONS INTERANNUELLES DES NUAGES CONVECTIFS SONT LARGEMENT FONCTION DE L'INTERACTION DE CES CIRCULATIONS LOCALES AVEC LES CARACTERISTIQUES DE LA CIRCULATION ATMOSPHERIQUE A GRANDE ECHELLE
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DANS CETTE THESE, ON ETUDIE LA CONVECTION PROFONDE NUAGEUSE SUR L'AFRIQUE TROPICALE A PARTIR DES DONNEES SATELLITAIRES. POUR CARACTERISER CETTE CONVECTION, PLUSIEURS METHODES SONT UTILISEES. ON CONSIDERE D'ABORD LES MOYENNES MENSUELLES DES LUMINANCES DANS LES CANAUX INFRA-ROUGE AUX DIFFERENTES HEURES DE LA JOURNEE, AINSI QUE LES ECARTS-TYPES DIURNES DE CES LUMINANCES. ENSUITE, ON CONSTRUIT LES FREQUENCES MENSUELLES DES NUAGES A SOMMETS FROIDS. DES INDICES HORIZONTAL ET FREQUENCE SONT DEFINIS RESPECTIVEMENT PAR ELEMENT D'IMAGE MOYENNE ET FREQUENCE. L'ETAPE SUIVANTE EST CONSACREE AUX COMPARAISONS INTERANNUELLES ET INTER-MENSUELLES DES CYCLES DIURNES MAIS A GRANDE ECHELLE SPATIALE. DANS LA SUITE, ON S'ATTACHE DONC AUX ANALYSES FINES PIXEL PAR PIXEL. DEUX NOUVEAUX PARAMETRES SONT UTILISES: L'AMPLITUDE ET LA PHASE DU CYCLE. ENFIN, ON S'INTERESSE AUX COMPARAISONS AVEC LE CYCLE DIURNE DES PRECIPITATIONS SUR UNE REGION PARTICULIERE. LES RESULTATS MONTRENT L'IMPORTANCE DES EFFETS DE RELIEF ET DES CIRCULATIONS LOCALES; LES VARIATIONS INTERANNUELLES DES NUAGES CONVECTIFS SONT LARGEMENT FONCTION DE L'INTERACTION DE CES CIRCULATIONS LOCALES AVEC LES CARACTERISTIQUES DE LA CIRCULATION ATMOSPHERIQUE A GRANDE ECHELLE
Author: Thomas Fiolleau Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 212
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en français : La convection joue un rôle important dans le cycle de l'eau et de l'énergie des régions tropicales. Cette thèse s'intéresse à l'étude des systèmes convectifs dans les moussons africaines et indiennes par l'utilisation des observations issues de satellites météorologiques. Dans un premier temps, un nouvel algorithme appelé TOOCAN fondé sur une segmentation de l'imagerie IR en 3 dimensions (image+temps) a été développé dans le but de suivre de manière objective et automatique les systèmes convectifs. Cette nouvelle technique améliore la caractérisation de l'évolution du bouclier nuageux associé aux systèmes convectifs au cours de leur cycle de vie. Des composites des structures précipitantes au cours du cycle de vie du système nuageux organisé sont alors construits en fusionnant les données des satellites géostationnaires avec des estimations de précipitation issues des mesures micro-ondes à bord des satellites défilant. Ces techniques ont été appliquées aux données IR des satellites METEOSAT et aux données micro-ondes du satellite TRMM sur plusieurs saisons de mousson (JJAS 2002-2004) en Afrique de l'ouest et en Inde. Les résultats montrent que l'évolution temporelle de la nébulosité froide des systèmes convectifs est symétrique, avec une phase de croissance et de décroissance sur l'ensemble de la région d'étude. Il est aussi montré que les paramètres contraignants de ce modèle conceptuel de cycle de vie du nuage convectif sont fortement corrélés entre eux diminuant ainsi le nombre de degré de liberté du problème. L'utilisation de la méthode de fusion de données, permet de décrire l'évolution de la fraction précipitante et de la fraction convective au sein du système convectif. Ainsi, le cycle de vie des systèmes convectifs peuvent être décrits par trois phases : initiation, mature et dissipation. Ce schéma est robuste sur toute la région d'étude et les facteurs d'échelles de ce modèle idéalisé indiquent des spécificités régionales complexes.
Author: Nicolas Maury Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 232
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Les cumulus, nuages convectifs peu profonds, résultent de convection humide où la vapeur d'eau contenue dans l'atmosphère a pu condenser sur les particules d'aérosols. Ces nuages, de par leurs impacts radiatifs sur le bilan énergétique de la Terre, leur rôle dans la distribution de l'eau dans la troposphère et leur présence importante sur le globe sont des éléments clés du climat. Cependant, leur durée de vie courte (15-30 minutes) et leur échelle spatiale restreinte (de l'ordre de la centaine de mètres voire du kilomètre) rendent leurs observations in situ délicates d'autant plus que ces nuages sont généralement advectés par le vent moyen. Enfin, il est important de comprendre les processus de mélange entre les cumulus et l'environnement car ceux-ci peuvent modifier la thermodynamique de ces nuages et impacter leur cycle de vie. Le projet NEPHELAE (Network for studying Entrainment and microPHysics of cLouds using Adaptive Exploration) a donc pour objectifs d'étudier ces processus de mélange par une caractérisation spatio-temporelle complète de la microphysique et de la dynamique des nuages grâce au développement d'une flotte de drones. L'objectif de cette thèse est donc de mettre au point une stratégie expérimentale afin d'étudier les processus nuageux par plusieurs drones. La méthodologie employée combine études numériques et observations in-situ par des drones. La première partie de cette thèse se focalise sur la caractérisation des processus de mélange dans les nuages, avec l'appui de simulations LES (Large Eddy Simulation). Deux cas de convection, océanique et continentale ont été simulés par le modèle non-hydrostatique de Météo France (Méso-NH) et ont servi de support pour l'étude individuelle des cumulus, via une méthode d'identification des nuages. Les profils des processus d'entraînement (air environnemental pénétrant dans le nuage) sont plus forts à la base des nuages puis diminuent vers leur sommet avec des plus forts taux pour les nuages de petits volumes alors que le détrainement (air sortant du nuage) est quant à lui plus fort au sommet des nuages. Ces processus de mélange restent indépendants du type de convection. Ces résultats ont été confirmés par l'analyse de cumulus lors des campagnes BIO-MAIDO et NEPHELAE, par ballon captif et par drones. La deuxième partie de cette thèse se concentre sur la définition d'une nouvelle stratégie d'observations permettant la caractérisation d'une section horizontale de nuage. Après avoir simulé un champ de cumulus marins à haute résolution et haute fréquence, des trajectoires adaptatives de drones ont été définies et testées dans cette simulation. Ces trajectoires adaptatives ont été jugées suffisantes pour reproduire les champs thermodynamiques horizontaux. La stratégie expérimentale ainsi validée a été déployée en conditions réelles lors de la campagne de terrain EUREC4A. Les statistiques des cumulus traversés ainsi que les suivis adaptatifs ont permis de quantifier les hétérogénéités dans les sections horizontales des cumulus d'alizés.
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LE BUT DE LA THESE EST LA DEFINITION ET L'ETUDE DU CONTEXTE PHYSIQUE DANS LEQUEL SE DEVELOPPENT LES NUAGES CONVECTIFS SUBTROPICAUX. LE CADRE DE L'ETUDE EST L'INTERFACE TERRE-MER CONSTITUE PAR LA PARTIE PLATE DE L'ILE DE LA GUADELOUPE ET L'OCEAN ATLANTIQUE. LA PREMIERE PARTIE, APRES UNE ANALYSE BIBLIOGRAPHIQUE ELARGIE, PRESENTE UNE DESCRIPTION COMPLETE DE LA CLIMATOLOGIE GENERALE TROPICALE ET DE CELLE DE LA GUADELOUPE. LA SECONDE PARTIE EST CONSACREE A LA PRESENTATION DES MODELES NUMERIQUES UTILISES, A L'EXPOSE DES METHODES D'INTEGRATION RETENUES ET AUX ETUDES DE SENSIBILITE DES MODELES AUX DIVERS PARAMETRES. DANS LA TROISIEME PARTIE, APRES AVOIR DECRIT LES MOYENS EXPERIMENTAUX UTILISES, LA MASSE D'AIR EST ETUDIEE EN DETAIL. ENSUITE SONT PRESENTES L'AJUSTEMENT DES MODELES AUX CONDITIONS LOCALES DE LA GUADELOUPE ET LA QUALIFICATION DU MODELE 1D NON PRECIPITANT AU COURS DE LA CAMPAGNE GARDEL 81. ENFIN DANS LA DERNIERE PARTIE, SONT EXPOSEES LES APPLICATIONS, D'UNE PART A LA BIMODALITE DES SOMMETS, D'AUTRE PART A LA PRECIPITATION RECUEILLIE AU SOL
Author: Catherine Rio Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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L’objectif principal de cette thèse est d’améliorer la représentation du cycle diurne des nuages convectifs dans les modèles de circulation générale atmosphérique grande-échelle. La sous-estimation des nuages bas, le déclenchement prématuré des précipitations convectives ainsi que leur arrêt prématuré en fin de journée sont des biais communs à la plupart des modèles de climat. L’amélioration de ces différents aspects passe notamment par une représentation plus réaliste des mouvements convectifs de la couche limite atmosphérique. Pour cela, les processus en jeu dans la turbulence de couche limite, la convection sèche et nuageuse, peu profonde et profonde, sont d’abord étudiés à l’aide d’observations et de simulations haute résolution. Cela permet d’établir les hypothèses à la base de la paramétrisation que l’on souhaite développer. Pour essayer de prendre en compte toutes les échelles de turbulence observées dans la couche limite convective, on combine à un schéma diffusif classique une paramétrisation en flux de masse représentant les structures cohérentes de la couche limite : le modèle du thermique nuageux. Le schéma est principalement testé dans une version unicolonne du modèle LMDZ, développé au Laboratoire de Météorologie Dynamique, sur des cas particuliers de convection continentale, sèche et nuageuse, peu profonde et profonde, et évalué à partir d’observations et de simulations haute résolution. La représentation explicite d’un panache ascendant entraînant et détraînant, ainsi que d’une subsidence compensatoire dans l’environnement, permet d’améliorer le cycle diurne de la couche limite et des cumulus qui se forment par beau temps. Cette meilleure représentation des nuages de couche limite a par ailleurs des répercussions sur le cycle diurne de la convection plus profonde associée aux orages et prise en compte par une paramétrisation indépendante. Le contrôle du déclenchement et de l’intensité de la convection profonde par les processus dits sous-jacents, de couche limite d’une part et liés à la formation de poches froides sous le système convectif précipitant d’autre part, permet de retarder le déclenchement des précipitations de plusieurs heures et de les maintenir plus tard dans la soirée. Enfin, les développements effectués sont adaptés à la représentation de la convection induite par les feux de biomasse dans les Tropiques. Initialisé par les caractéristiques des feux dans ces régions, le modèle du thermique nuageux devient celui du pyro-thermique nuageux, avec des panaches qui restent confinés dans la couche limite mais peuvent aussi percer jusqu’à la moyenne troposphère. Les différentes paramétrisations évoquées sont destinées à faire partie de la nouvelle version 3D de LMDZ, en vue des simulations climatiques à effectuer dans le cadre du prochain rapport du Groupe d’experts Intergouvernemental sur l’Evolution du Climat (GIEC).
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LA FORMATION RAPIDE DES PRECIPITATIONS DANS LES CUMULUS EST UN PHENOMENE ENCORE MAL EXPLIQUE. PLUSIEURS HYPOTHESES ONT ETE AVANCEES DONT LA CONTRIBUTION DE NOYAU ULTRA GEANTS, UNE EFFICACITE DE COLLISON ENTRE GOUTTELETTES RENFORCEE ET L'ELARGISSEMENT DES SPECTRES DE GOUTTELETTES. NOTRE ETUDE EST CONSACREE PLUS PARTICULIEREMENT A LA CARACTERISATION DES DISTRIBUTIONS DIMENSIONNELLES DE GOUTTELETTES DANS LES REGIONS DE NUAGE NON MELANGEES, A LEUR ELARGISSEMENT ET A L'ANALYSE DE LA DISTRIBUTION SPATIALE DES GOUTTELETTES A MICRO-ECHELLE, SOURCE POTENTIELLE D'ELARGISSEMENT. DE RECENTES MESURES IN-SITU MONTRENT QUE LES SPECTRES DE GOUTTELETTES DANS LES CELLULES ADIABATIQUES SONT PLUS LARGES QUE CEUX PREVUS PAR LA THEORIE CLASSIQUE DE CROISSANCE PAR DIFFUSION DE VAPEUR. UNE TELLE PARTICULARITE IMPLIQUE QUE LE CHAMP DE SURSATURATION N'EST PAS UNIFORME DANS LES ASCENDANCES NON MELANGEES. UN GRAND ECHANTILLON D'OBSERVATIONS EFFECTUEES DANS DE TELLES REGIONS EST ANALYSE ET L'ELARGISSEMENT SPECTRAL EST REPRESENTE PAR LA FONCTION DE DENSITE DE PROBABILITE DE L'INTEGRALE DE LA SURSATURATION. IL EST MONTRE QUE LA DISPERSION DANS CETTE FONCTION AUGMENTE LINEAIREMENT AVEC LA VALEUR MOYENNE, ET UNE PARAMETRISATION SIMPLE DE L'ELARGISSEMENT DES SPECTRES EST PROPOSEE. CETTE VARIABILITE DANS L'INTEGRALE DE LA SURSATURATION PEUT PROVENIR DES HETEROGENEITES DANS LA DISTRIBUTION SPATIALE DES GOUTTELETTES. DES MESURES A TRES FINE ECHELLE SONT ANALYSEES POUR CARACTERISER LA STATISTIQUE DU COMPTAGE DES PARTICULES. CELLE-CI MONTRE QUE LES GOUTTELETTES SONT DISTRIBUEES ALEATOIREMENT DANS L'ESPACE. LES EFFETS DES HETEROGENEITES RESULTANTES SUR L'ELARGISSEMENT SPECTRAL SONT ESTIMES AVEC UN MODELE CONCEPTUEL QUI PROUVE QU'ILS NE SONT SIGNIFICATIFS QUE POUR DES VALEURS IRREALISTES DU TEMPS DE VIE DES HETEROGENEITES. DE RECENTES SIMULATIONS NUMERIQUES DES EFFETS INERTIELS DES GOUTTELETTES DANS LES STRUCTURES DE MICRO-ECHELLE DE LA TURBULENCE SONT ALORS TESTEES. IL EST MONTRE QUE LE MODELE QUI PRODUIT UN ELARGISSEMENT SIGNIFICATIF GENERE DES REPARTITIONS SPATIALES DE GOUTTELETTES DONT LES PROPRIETES STATISTIQUES SONT IRREALISTES. NOS RESULTATS INDIQUENT QUE LA CONCENTRATION PREFERENTIELLE DES GOUTTELETTES NE CONTRIBUE PAS A L'ELARGISSEMENT DES SPECTRES, DU MOINS TEL QU'IL EST DECRIT ACTUELLEMENT PAR LES MODELES NUMERIQUES.
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UN DES OBJECTIFS DE LA CAMPAGNE COOPERATIVE LANDES FRONTS 84 ETAIT L'ETUDE DE L'ELECTRISATION DES NUAGES CONVECTIFS AU MOYEN DE MESURES AEROPORTEES DU CHAMP ELECTRIQUE, DE LA CHARGE DES PARTICULES PRECIPITANTES, DE LA GRANULOMETRIE DES PARTICULES NUAGEUSES ET DES PARAMETRES THERMODYNAMIQUES ET DYNAMIQUES. UNE ETUDE COMPARATIVE DE DEUX SITUATIONS (6 JUIN ET 28 JUIN 1984) A PERMIS DE CONSTATER QUE DES NUAGES DONT L'EXTENSION VERTICALE DU DOMAINE DE DEVELOPPEMENT DES PRECIPITATIONS ETAIT LIMITEE AU NIVEAU -20**(O)C (6 JUIN), PRODUISAIENT DES PARTICULES PRECIPITANTES EN MAJORITE CHARGEES POSITIVEMENT ALORS QUE DANS LE CAS DES NUAGES D'ORAGES TYPIQUES DU 28 JUIN, ETENDUS JUSQU'A LA TROPOPAUSE, L'ELECTRISATION NEGATIVE DOMINAIT. L'ETUDE DETAILLEE D'UN DES PETITS CUMULUS DU 6 JUIN A PU METTRE EN EVIDENCE L'ASSOCIATION ETROITE LIANT LE CENTRE POSITIF DE BASSE ALTITUDE A LA PRESENCE DE GRAUPELS FORTEMENT CHARGES POSITIVEMENT. CES OBSERVATIONS CORROBORENT LES RESULTATS EXPERIMENTAUX DE LABORATOIRE SUR LES COLLISIONS ENTRE GRAUPELS ET CRISTAUX EN PRESENCE D'EAU SURFONDUE, EN PARTICULIER EN CE QUI CONCERNE LA DEPENDANCE EN SIGNE DE LA CHARGE TRANSFEREE AUX GRAUPELS VIS-A-VIS DE LA TEMPERATURE ET A PROPOS DU ROLE PREPONDERANT DES PLUS GROS GRAUPELS DANS LE PHENOMENE D'ELECTRISATION A L'ECHELLE DU NUAGE
Author: Théoneste Kayiranga
Author: Théoneste Kayiranga
Author: Théoneste Kayiranga
Author: Thomas Fiolleau
Author: Nicolas Maury
Author: Évelyne Pesin
Author: Catherine Rio
Author: LAURE.. CHAUMAT
Author: Comité météorologique international. Commission pour l'étude des nuages
Author: Pascal Gondot
Author: Rabindra Nath Pati