Effet de la convection sur le contenu en vapeur d'eau de la région de la haute troposphère-basse stratosphère tropicale au-dessus de l'océan Indien PDF Download
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La couche de la tropopause tropicale (TTL, pour Tropical Tropopause Layer), entre 14 et 20 km d'altitude, joue un rôle clé dans la circulation générale puisqu'elle est le lieu d'entrée des masses d'air troposphériques dans la stratosphère (Holton et al., 1995). En raison de la condensation de la vapeur d'eau au niveau du minimum de température de la tropopause tropicale, l'air stratosphérique présente un très faible contenu en vapeur d'eau. Les modèles climatiques prédisent une augmentation de la concentration de vapeur d'eau dans la région de la TTL qui contribuerait à un réchauffement additionnel de 10% en surface (Dessler et al., 2013). Les modèles ont beaucoup de difficultés à modéliser les variations de vapeur d'eau dans la TTL à cause, entre autres, d'une mauvaise représentation de la convection tropicale qui contrôle en bonne partie le transport vertical de vapeur d'eau vers la TTL. La compréhension des effets de la convection tropicale profonde sur le contenu en vapeur d'eau et en ozone de la haute troposphère est approfondie dans cette thèse. Des mesures radiosondages (sondes SHADOZ et Météomodem-M10) entre 2013 et 2016 lâchés depuis l'île de la Réunion montrent qu'environ 20% des profils en été austral de l'île de La Réunion ont une signature distincte de détrainement convectif en haute troposphère (10-13 km). Les rétrotrajectoires du modèle lagrangien FLEXPART calculées pour les masses d'air marquées par la convection (forte humidité et faible ozone) montrent que le nord de Madagascar et du canal du Mozambique joue un rôle prédominant dans l'humidification de la haute troposphère au-dessus de l'île de la Réunion. Le sud-ouest de l'océan Indien, qui a une moyenne proche de 9 cyclones tropicaux par an, est le troisième bassin le plus actif du globe mais demeure sous observé/étudié. Dans cette thèse, le rôle des cyclones tropicaux sur l'humidification de la TTL au-dessus de l'océan Indien est mis en évidence. Des simulations méso-échelle à 2 km de résolution du cyclone Enawo (2017) réalisées avec le modèle Meso-NH ont montré qu'un cyclone tropical pouvait humidifier la basse stratosphère (17-19 km) de 45% (de 3,3 à 4,8 ppmv) sur un rayon de 500 km. L'étude se focalise en particulier sur une intrusion massive de vapeur d'eau lors de la formation de l'œil du cyclone. Le processus principal menant à l'humidification de la TTL vient de la sublimation de la glace injectée directement en TTL par le cyclone.
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La couche de la tropopause tropicale (TTL, pour Tropical Tropopause Layer), entre 14 et 20 km d'altitude, joue un rôle clé dans la circulation générale puisqu'elle est le lieu d'entrée des masses d'air troposphériques dans la stratosphère (Holton et al., 1995). En raison de la condensation de la vapeur d'eau au niveau du minimum de température de la tropopause tropicale, l'air stratosphérique présente un très faible contenu en vapeur d'eau. Les modèles climatiques prédisent une augmentation de la concentration de vapeur d'eau dans la région de la TTL qui contribuerait à un réchauffement additionnel de 10% en surface (Dessler et al., 2013). Les modèles ont beaucoup de difficultés à modéliser les variations de vapeur d'eau dans la TTL à cause, entre autres, d'une mauvaise représentation de la convection tropicale qui contrôle en bonne partie le transport vertical de vapeur d'eau vers la TTL. La compréhension des effets de la convection tropicale profonde sur le contenu en vapeur d'eau et en ozone de la haute troposphère est approfondie dans cette thèse. Des mesures radiosondages (sondes SHADOZ et Météomodem-M10) entre 2013 et 2016 lâchés depuis l'île de la Réunion montrent qu'environ 20% des profils en été austral de l'île de La Réunion ont une signature distincte de détrainement convectif en haute troposphère (10-13 km). Les rétrotrajectoires du modèle lagrangien FLEXPART calculées pour les masses d'air marquées par la convection (forte humidité et faible ozone) montrent que le nord de Madagascar et du canal du Mozambique joue un rôle prédominant dans l'humidification de la haute troposphère au-dessus de l'île de la Réunion. Le sud-ouest de l'océan Indien, qui a une moyenne proche de 9 cyclones tropicaux par an, est le troisième bassin le plus actif du globe mais demeure sous observé/étudié. Dans cette thèse, le rôle des cyclones tropicaux sur l'humidification de la TTL au-dessus de l'océan Indien est mis en évidence. Des simulations méso-échelle à 2 km de résolution du cyclone Enawo (2017) réalisées avec le modèle Meso-NH ont montré qu'un cyclone tropical pouvait humidifier la basse stratosphère (17-19 km) de 45% (de 3,3 à 4,8 ppmv) sur un rayon de 500 km. L'étude se focalise en particulier sur une intrusion massive de vapeur d'eau lors de la formation de l'œil du cyclone. Le processus principal menant à l'humidification de la TTL vient de la sublimation de la glace injectée directement en TTL par le cyclone.
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La tropopause tropicale est une région de l'atmosphère où l'abondance de vapeur d'eau (H2O) affecte le climat. Cette thèse examine le rôle de la convection profonde sur la variabilité de H2O dans cette région. En se basant sur les observations de l'instrument spatial Microwave Limb Sounder (MLS), je montre que la convection continentale impacte le cycle diurne de H2O par injection de cristaux de glace hydratant après sublimation cette région de l'atmosphère. Dans le cadre du projet TRO-pico, je présente aussi un cas d'étude en se focalisant sur le Sud du Brésil. J'analyse également la variabilité du monoxyde de carbone (CO) troposphérique grâce à l'Atmospheric InfraRed Sounder (AIRS). Cette étude est complétée par l'évaluation de la version 6 des inversions de AIRS et de la fusion de données combinant les observations de AIRS à celles du Tropospheric Emission Spectrometer (TES) et MLS. Je démontre ainsi la valeur ajoutée de ces produits pour des études liées à la qualité de l'air, la dynamique et le transport dans la haute troposphère-basse stratosphère.
Author: Xiaoman Liu Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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L’eau est un composé essentiel du système climatique et chimique de la stratosphère. Le but principal de ma thèse était d’étudier l’impact des systèmes convectifs tropicaux intenses, qui pénètrent dans la stratosphère (overshoot) sur le bilan de l’eau stratosphérique à l’échelle locale. Le rôle des overshoots à l’échelle du globe est encore très débattu. Pour cela, j’ai étudié deux cas d’observation issus de la campagne SCOUT-AMMA en Afrique de l’ouest. Je les ai modélisés avec le modèle atmosphérique 3D méso-échelle BRAMS. On peut ainsi quantifier leur rôle sur le bilan de l’eau stratosphérique. On peut résumer les principaux résultats de la manière suivante. Pour une simulation avec microphysique à double moment, on estime que l’overshoot observé au sud du Tchad injecte irréversiblement entre 330 t et 507 t d’eau dans la stratosphère, en accord avec les très rares estimations de ce type par les modèles. On confirme que les mesures élevées de vapeur d’eau, au-dessus de Niamey pendant SCOUT-AMMA 30 h plus tard dans la même masse d’air, semblent être liées à ce cas. Un autre cas à été étudié au-dessus de l’Aïr et il est montré que ce cas hydrate moins la stratosphère : une valeur maximum typique de 230 t d’eau est estimée, montrant ainsi une variabilité des overshoots sur l’hydratation de la stratosphère. Cette différence entre les deux cas est principalement due à des conditions plus humides pour l’Aïr : les particules de glace injectées dans la stratosphère par l’overshoot subliment moins efficacement, ce qui au contraire favorise leur sédimentation. Afin d’étudier l’incertitude des estimations des modèles sur l’hydratation de la stratosphère, j’ai effectué des tests de sensibilité sur les réglages du modèle, en particulier les réglages microphysiques du modèle. Une simulation du cas tchadien a été réalisée avec un schéma microphysique simple moment. On montre alors une hydratation bien plus importante, de l’ordre de 750 t ~ 950 t, que pour la simulation avec microphysique à double moment. La différence est essentiellement due à des tailles et natures différentes des hydrométéores glacés dans la stratosphère pour chaque cas. Enfin un autre test microphysique a été réalisé en changeant, pour une simulation à double moment, le paramètre de forme de la distribution en taille des hydrométéores. Cette dernière simulation montre un impact beaucoup plus faible sur l’hydratation de la stratosphère (~ 150 t). Tous ces résultats indiquent donc une grande variabilité des estimations des modèles selon le cas étudié et selon les réglages de la simulation. Mieux cerner cette variabilité sera nécessaire avant de pouvoir déduire un impact des overshoots à plus grande échelle. Ce volet sera appréhendé dans un futur projet du laboratoire
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La première partie de cette thèse contribue à l’évaluation de différentes mesures de vapeur d’eau dans la haute troposphère et basse stratosphère tropicale. Malgré que des biais importants soient observés entre les instruments, certains peuvent être utilisés dans des études scientifiques. La seconde partie de cette thèse s’est focalisée sur les mécanismes introduisant de la vapeur d’eau en basse stratosphère et plus particulièrement sur les échanges méridiens quasi-horizontaux et adiabatiques entre la troposphère subtropicale et la stratosphère des moyennes latitudes. Un modèle adiabatique est adapté pour transporter l’eau sous ses trois phases avec un module de microphysique simplifié. Plusieurs initialisations de la vapeur d’eau sont testées. Le modèle, utilisé pour quantifier un cas d’étude au-dessus de l’Europe, s’avère capable de reproduire les cirrus observés et montre que ce type d’apport de vapeur d’eau est aussi important que ceux liés à la mousson ou à la convection profonde.
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LA REPRESENTATION DE LA CONVECTION TROPICALE ET DE L'HUMIDITE DE LA TROPOSPHERE LIBRE SUBTROPICALE DANS LES MODELES DE CIRCULATION GENERALE EST EVALUEE A L'AIDE DES MESURES DE METEOSAT DANS LE CANAL VAPEUR D'EAU. LES MECANISMES QUI REGISSENT CERTAINS ASPECTS DE L'INTERACTION ENTRE LA CONVECTION ET LA VAPEUR D'EAU SONT ETUDIES. UNE APPROCHE DITE MODELE-VERS-SATELLITE EST DEVELOPPEE POUR COMPARER OBSERVATIONS ET MODELES. ELLE CONSISTE A SIMULER AVEC UN MODELE DE TRANSFERT RADIATIF LES TEMPERATURES DE BRILLANCE METEOSAT A PARTIR DES PROFILS DE TEMPERATURE, D'HUMIDITE ET DE NEBULOSITE DU MODELE. IL EST MONTRE QUE LE CODE DE TRANSFERT RADIATIF UTILISE PERMET DE REPRODUIRE LES OBSERVATIONS EN CIEL TOTAL AVEC UNE BONNE PRECISION. DES PROBLEMES LIES A L'ETALONNAGE DU CAPTEUR SONT CORRIGES POUR MINIMISER LES ERREURS METHODOLOGIQUES. LA METHODE EST APPLIQUEE A UN ENSEMBLE D'INTEGRATIONS DU MODELE DU LABORATOIRE DE METEOROLOGIE DYNAMIQUE. IL EST MONTRE QUE LA TROPOSPHERE SUBTROPICALE EST TROP HUMIDE PAR RAPPORT AUX OBSERVATIONS. CEPENDANT, LE MODELE REPRODUIT AVEC SUCCES LE FORT ASSECHEMENT OBSERVE AU COURS DU CYCLE SAISONNIER DE LA ZONE DE SUBSISDENCE A GRANDE ECHELLE DE L'ATLANTIQUE SUD. LES CHAMPS D'HUMIDITE CALCULES A L'AIDE D'UN MODELE SIMPLIFIE D'ADVECTION-CONDENSATION ET DE RETRO-TRAJECTOIRES SONT VALIDES GRACE AUX MESURES DE METEOSAT-3 ET -4. LE MODELE EST ENSUITE UTILISE POUR METTRE EN EVIDENCE L'IMPORTANCE DES TOURBILLONS TRANSITOIRES DE GRANDES ECHELLES DANS LA DISTRIBUTION D'HUMIDITE DE LA TROPOSPHERE SUBTROPICALE. LE FAIBLE ROLE DE L'EAU NUAGEUSE COMME SOURCE POUR LES SUBTROPIQUES EST AUSSI SOULIGNE. EN EXPLOITANT LES MESURES D'INSAT-1B DANS L'INFRAROUGE THERMIQUE, IL EST MONTRE QUE LES SYSTEMES CONVECTIFS QUI FORMENT LA ZCIT COUVRENT UN LARGE SPECTRE D'ECHELLE ALLANT DE 500 A UN MILLION KM2. LE ROLE DOMINANT DE LA CONVECTION ORGANISEE A MESO-ECHELLE DANS LE CLIMAT DE L'OCEAN INDIEN EST SOULIGNE.
Author: Thomas Garot Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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La complexité du climat repose en grande partie sur le cycle de l'eau. Dans les tropiques,l'eau atmosphérique est un paramètre clef,60% des précipitations globales ont lieu dans lestropiques. La compréhension du cycle de l'eau atmosphérique à l'échelle globale passe par l'utilisation d'observations satellites. Le satellite franco indien Megha-Tropiques, lancé en 2011, permet d'étudier pour la première fois des observations simultanées de l'humidité et de la pluie. La première partie de la thèse consiste en l'étude de l'impact d'un cyclone sur son environnement. Pour cela, un cas d'étude a été sélectionné (typhon Bopha) et undiagnostique a été réalisé pour étudier la production/ consommation d'humidité et de chaleur dans le typhon. La seconde partie de la thèse consiste en l'étude des relations entre les nuages et l'humidité dans la haute troposphère. Cette étude est réalisée au-dessus de l'océan Indien (entre 2011 et 2014) et au-dessus du Sahel (entre 2012 et 2015).
Author: Édouard Lees Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Les stations GNSS terrestres, du fait de leur précision et de leur faible coût, restent à ce jour le principal moyen d'observation de la vapeur d'eau à toutes les échelles spatio-temporelles. Ce gaz à effet de serre, qui module de manière importante la convection profonde dans les régions tropicales, est à l'origine de phénomènes extrêmes tels que sécheresses, inondations et cyclones tropicaux, auxquels le bassin sud de l'océan Indien est particulièrement vulnérable. Ce mémoire porte sur l'exploitation de mesures de vapeur d'eau par GNSS collectées dans l'océan Indien par un ensemble de stations du réseau mondial IGS et du réseau IOGA4MET, récemment déployé dans le cadre du programme de recherche ReNovRisk-Cyclones et Changement Climatique. La première partie de cette thèse rappelle la méthode de calcul de la colonne intégrée en vapeur d'eau par GNSS et présente une intercomparaison entre les mesures obtenues par les stations du réseau IGS et divers autres capteurs (satellites micro-ondes, radiosondages) disponibles dans le bassin sud de l'océan Indien. Ces mesures sont ensuite utilisées dans un second temps pour étudier la variabilité de la vapeur d'eau à différentes échelles spatio-temporelles. Les résultats obtenus montrent que la variabilité annuelle est très variable à l'échelle régionale et d'autant plus forte à mesure que l'on s'éloigne de l'équateur. À plus petite échelle, le cycle diurne de la vapeur d'eau apparaît fortement piloté par les interactions entre la dynamique atmosphérique de grande échelle et les circulations locales, notamment dans le cas d'îles tropicales telles que Madagascar et La Réunion.
Author: Bruno Voituriez Publisher: UNESCO ISBN: Category : Science Languages : en Pages : 132
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El Nino, caprice of the heavens, scapegoat for every calamity? The general public cannot really understand what is behind the El Nino phenomenon. The book offers a tour of the Earth's climate to understand one of its normal but extreme components.
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Un modele couple simplifie ocean de surface - atmosphere deja existant au lmd a ete adapte ici pour faire un outil strictement comparable au modele couple global de l'ipsl. Une analyse comparee des simulations climatiques conduites avec ces 2 modeles couples ocean-atmosphere paralleles, utilisant le meme modele d'atmosphere, mais des modeles d'ocean de complexite differentes, nous a permis de mettre en evidence des biais systematiques communs, qui par ailleurs sont presents egalement dans d'autres modeles climatiques (kiehl, 1998). Il s'agit d'un refroidissement du bassin pacifique tropical ouest et d'un assechement du pacifique central qui s'accompagne de la penetration d'une langue d'eau froide depuis l'est du bassin. Ce biais se marque aussi par un refroidissement de la haute troposphere tropicale au dessus de 30\ s. Afin de degager le role de l'atmosphere dans la derive thermique tropicale du climat simule, nous avons fait des experiences de sensibilite dont nous pensons qu'elles affectent notablement l'energetique de la haute troposphere. Ces experiences de sensibilite concernent : les nuages hauts de glace, la representation de la convection et le taux d'ozone des hautes couches atmospheriques. Les resultats de ces simulations nous permettent de suggerer que la derive thermique tropicale a la surface de l'ocean est controlee par un desequilibre energetique au sommet de l'atmosphere. La transmission de ces biais a la surface de l'ocean est ensuite faite par les branches de subsidence des cellules de hadley-walker. Cette analyse des retroactions atmospheriques est completee par une etude des transports atmospheriques d'energie (tae). Nous validons les tae simules par le mcga du lmd par rapport aux transports derives des reanalyses de l'ecmwf et nous nous interessons ensuite a la variation de ces transports dans un changement climatique. Pour les differents types d'energie, la reponse du transport atmospherique d'energie a une modification prescrite des temperatures de surface de l'ocean correspondant a un 2co 2 est directement liee au gradient thermique equateur-tropiques. Cependant, les variations des differents termes d'energie se compensent partiellement au niveau du transport d'energie statique humide. L'analyse en terme de divergence du transport atmospherique d'energie permet de quantifier l'importance des retroactions dynamiques par rapport aux retroactions radiatives. Le transport d'energie statique humide varie de 10-20 wm 2 ; ces variations sont du meme ordre de grandeur que les variations des flux radiatifs induites a la tropopause dans une experience de 2co 2. Par contre, les variations au niveau des differents types d'energie sont d'un ordre de grandeur plus importantes. Enfin, nous montrons que la composante hydrologique du tae est affectee par la parametrisation du processus de precipitations.
Author: Damien Héron
Author: Damien Héron
Author: Fabien Carminati
Author: Xiaoman Liu
Author: Nadège Montoux
Author: REMY.. ROCA
Author: Thomas Garot
Author: Édouard Lees
Author: Daniel P. Grosvenor
Author: Bruno Voituriez
Author: Ionela Rotaru-Musat