VARIABILITE SAISONNIERE ET INTERANNUELLE DES GLACES DE MER EN ARCTIQUE PDF Download
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LA VARIABILITE INTERANNUELLE ET DECENNALE DE LA GLACE DE MER PEUT ETRE ENGENDREE PAR L'INTEGRATION PAR LA THERMODYNAMIQUE DE LA GLACE DES PERTURBATIONS ATMOSPHERIQUES, DONT L'ECHELLE DE TEMPS CARACTERISTIQUE EST CELLE DES TRANSITIONS BAROCLINES. NOUS AVONS ANALYSE LA VARIABILITE BASSE FREQUENCE DE L'EPAISSEUR DE GLACE A L'AIDE D'UNE SIMULATION DE 10 000 ANS EFFECTUEE AVEC UN MODELE DE GLACE THERMODYNAMIQUE UNIDIMENSIONNEL FORCE PAR DES PERTURBATIONS STOCHASTIQUES DE LA TEMPERATURE DE L'AIR ET DU FLUX SOLAIRE INCIDENT. LE SPECTRE DE PUISSANCE DES ANOMALIES DE GLACE, DONT L'ALLURE EST CORRESPOND A CELLE D'UN PROCESSUS DE MARKOV DU PREMIER ORDRE, SUGGERE QUE L'EPAISSEUR DE GLACE VARIE A DES ECHELLES DE TEMPS DE L'ORDRE DE 20 ANS. LA CONSTANTE DE TEMPS DE DECORRELATION DEPEND UNIQUEMENT DES CARACTERISTIQUES SAISONNIERES MOYENNES DU FORCAGE, DES EPAISSEURS DE GLACE ET DE NEIGE ET DES PARAMETRES DU MODELE DE GLACE. NOUS AVONS VALIDE CETTE ETUDE THEORIQUE EN REALISANT UNE SIMULATION PLUS REALISTE, FORCEE PAR LES SORTIES D'UN GCM ATMOSPHERIQUE, AVEC UN MODELE DE GLACE THERMODYNAMIQUE COUPLE A L'OCEAN. LA SIMULATION DES GLACES DE MER ARCTIQUES EST BIEN EQUILIBREE. COMME DANS TOUT MODELE DE GLACE THERMODYNAMIQUE, L'EPAISSEUR DE GLACE REFLETE LES FORCAGES ATMOSPHERIQUE ET OCEANIQUE. LE BILAN DE FLUX DE SURFACE S'EQUILIBRE DE FACON DIFFERENTE DANS LES REGIONS OU LA COUVERTURE DE GLACE PERDURE TOUTE L'ANNEE ET DANS CELLES OU UNE FRACTION D'EAU LIBRE APPARAIT L'ETE. NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE LES DIFFERENTES RETROACTIONS DES FLUX ATMOSPHERIQUE ET OCEANIQUE SUR L'ETAT MOYEN DE LA GLACE, QUI VONT PERMETTENT AUX ANOMALIES D'EPAISSEUR DE GLACE D'AVOIR UNE PERSISTANCE IMPORTANTE PAR DES PROCESSUS SIMILAIRES A CEUX QUE NOUS AVONS DETAILLES DANS L'ETUDE THEORIQUE. DANS CETTE SIMULATION PLUS REALISTE, LA VARIABILITE DECENNALE DE L'EPAISSEUR DE GLACE EST EGALEMENT FORCEE PAR L'ATMOSPHERE. EN MER DE GROENLAND ET DE BARENTS, ON OBSERVE UNE VARIABILITE INTERANNUELLE DE LA CONCENTRATION DE GLACE, QUI SE MANIFESTE PLUTOT SOUS FORME D'ANOMALIES RECURRENTES APPARAISSANT L'HIVER OU L'ETE.
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LA VARIABILITE INTERANNUELLE ET DECENNALE DE LA GLACE DE MER PEUT ETRE ENGENDREE PAR L'INTEGRATION PAR LA THERMODYNAMIQUE DE LA GLACE DES PERTURBATIONS ATMOSPHERIQUES, DONT L'ECHELLE DE TEMPS CARACTERISTIQUE EST CELLE DES TRANSITIONS BAROCLINES. NOUS AVONS ANALYSE LA VARIABILITE BASSE FREQUENCE DE L'EPAISSEUR DE GLACE A L'AIDE D'UNE SIMULATION DE 10 000 ANS EFFECTUEE AVEC UN MODELE DE GLACE THERMODYNAMIQUE UNIDIMENSIONNEL FORCE PAR DES PERTURBATIONS STOCHASTIQUES DE LA TEMPERATURE DE L'AIR ET DU FLUX SOLAIRE INCIDENT. LE SPECTRE DE PUISSANCE DES ANOMALIES DE GLACE, DONT L'ALLURE EST CORRESPOND A CELLE D'UN PROCESSUS DE MARKOV DU PREMIER ORDRE, SUGGERE QUE L'EPAISSEUR DE GLACE VARIE A DES ECHELLES DE TEMPS DE L'ORDRE DE 20 ANS. LA CONSTANTE DE TEMPS DE DECORRELATION DEPEND UNIQUEMENT DES CARACTERISTIQUES SAISONNIERES MOYENNES DU FORCAGE, DES EPAISSEURS DE GLACE ET DE NEIGE ET DES PARAMETRES DU MODELE DE GLACE. NOUS AVONS VALIDE CETTE ETUDE THEORIQUE EN REALISANT UNE SIMULATION PLUS REALISTE, FORCEE PAR LES SORTIES D'UN GCM ATMOSPHERIQUE, AVEC UN MODELE DE GLACE THERMODYNAMIQUE COUPLE A L'OCEAN. LA SIMULATION DES GLACES DE MER ARCTIQUES EST BIEN EQUILIBREE. COMME DANS TOUT MODELE DE GLACE THERMODYNAMIQUE, L'EPAISSEUR DE GLACE REFLETE LES FORCAGES ATMOSPHERIQUE ET OCEANIQUE. LE BILAN DE FLUX DE SURFACE S'EQUILIBRE DE FACON DIFFERENTE DANS LES REGIONS OU LA COUVERTURE DE GLACE PERDURE TOUTE L'ANNEE ET DANS CELLES OU UNE FRACTION D'EAU LIBRE APPARAIT L'ETE. NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE LES DIFFERENTES RETROACTIONS DES FLUX ATMOSPHERIQUE ET OCEANIQUE SUR L'ETAT MOYEN DE LA GLACE, QUI VONT PERMETTENT AUX ANOMALIES D'EPAISSEUR DE GLACE D'AVOIR UNE PERSISTANCE IMPORTANTE PAR DES PROCESSUS SIMILAIRES A CEUX QUE NOUS AVONS DETAILLES DANS L'ETUDE THEORIQUE. DANS CETTE SIMULATION PLUS REALISTE, LA VARIABILITE DECENNALE DE L'EPAISSEUR DE GLACE EST EGALEMENT FORCEE PAR L'ATMOSPHERE. EN MER DE GROENLAND ET DE BARENTS, ON OBSERVE UNE VARIABILITE INTERANNUELLE DE LA CONCENTRATION DE GLACE, QUI SE MANIFESTE PLUTOT SOUS FORME D'ANOMALIES RECURRENTES APPARAISSANT L'HIVER OU L'ETE.
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Depuis l'ère préindustrielle, la température de surface en Arctique a augmenté plus de deux fois plus que la température globale : ce phénomène est appelé l'amplification arctique. Il a été montré que l'amplification arctique et le déclin de la glace de mer qui y est associé peuvent affecter la circulation atmosphérique de grande échelle, et ainsi impacter le climat des moyennes latitudes. Les mécanismes expliquant ce lien sont toutefois encore mal compris, et leur prépondérance par rapport aux autres composantes du système climatique demeure incertaine. L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre ces mécanismes. Pour cela, nous avons isolé l'effet du déclin de la glace de mer arctique des autres forçages climatiques, à l'aide d'expériences de sensibilité réalisées avec le modèle de climat CNRM-CM6, à basse et haute résolution. Dans ces expériences, la valeur de l'albédo de la banquise est réduite à celle de l'océan, favorisant l'absorption de rayonnement solaire et la fonte de la glace, notamment en été. Nous avons dans un premier temps évalué l'état moyen du modèle et sa représentation des téléconnexions Arctique-moyennes latitudes. Cette évaluation suggère que l'augmentation de la résolution horizontale du modèle dans l'océan et dans l'atmosphère permet de simuler des conditions climatiques moyennes généralement plus réalistes. Nous avons montré par ailleurs que les téléconnexions liant la variabilité atmosphérique à celle de la glace de mer sont comparables entre le modèle et les observations. Les résultats indiquent que l'influence de la glace de mer arctique sur l'atmosphère est difficilement détectable dans les observations ou dans les simulations climatiques non contraintes à cause de la forte variabilité interne, ce qui justifie l'intérêt d'isoler cette influence et de réaliser des expériences de sensibilité telles que celles effectuées dans cette thèse. Nous nous sommes ensuite focalisés sur la réponse rapide de l'atmosphère durant l'automne et l'hiver qui suivent la disparition de la glace de mer d'été, c'est-à-dire lorsque l'amplification arctique est maximale. Les mécanismes de la réponse de la température à la fonte de la banquise ont été étudiés à l'échelle régionale grâce à une méthode d'ajustement dynamique basée sur la reconstruction régionale d'analogues de circulation. Les résultats montrent que le réchauffement en Amérique du Nord et en Europe induit par la perte de glace de mer arctique est principalement dû à : (i) des changements cycloniques de circulation qui favorisent des intrusions d'air chaud provenant du sud ou des océans adjacents, et (ii) des changements dits thermodynamiques -- sans changements de circulation. Ces derniers résultent à la fois de l'advection d'air chaud par le flux moyen, provenant de l'Arctique et/ou des océans adjacents réchauffés en réponse au déclin de la glace de mer, et à la fois des modifications locales du budget énergétique de surface. La diminution de la glace de mer dans ces expériences favorise également un refroidissement en Asie centrale, qui est ici entièrement expliqué par des changements de circulation, associés à un renforcement de l'anticyclone de Sibérie. La réponse atmosphérique de grande échelle a par ailleurs été étudiée dans la troposphère et la stratosphère. Les résultats indiquent que la stratosphère joue un rôle minimal dans l'évolution de la circulation dans la troposphère et à la surface dans ces expériences. Enfin, nous avons montré que ni l'augmentation de la résolution, ni la modification des conditions de forçages externes entre des conditions préindustrielles et des conditions de milieu du XXème siècle n'impacte de manière significative la réponse de l'atmosphère de grande échelle au déclin de la banquise arctique dans le modèle CNRM-CM6. Les analyses effectuées dans cette thèse mettent en évidence la difficulté de détecter une réponse robuste de l'atmosphère en saison froide du fait de la forte variabilité interne et de la faible réponse.
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C’est sans doute en Arctique que le changement climatique est le plus visible, et semble affecter toutes les composantes du système Arctique. Si la fonte de la glace de mer est l’expression la plus frappante de ces modifications, elle s’accompagne également de transformations importantes et sans précédent de l’océan Arctique, et plus particulièrement de ses budgets d’eau douce et de chaleur. Mais si toutes ces modifications sont susceptibles de modifier le climat et la dynamique océanique localement en Arctique, on s’attend surtout à ce que le signal dun changement en Arctique ait son impact climatique le plus important lorsqu’il est exporté au sud d’un coté ou de l’autre du Groenland vers les mers subarctiques, où il peut potentiellement moduler l’intensité de la circulation thermohaline globale. L’objectif de cette thèse est donc d’étudier les échanges de volume, de chaleur, d’eau douce et de glace qui ont lieu entre l’océan Arctique et l’Atlantique Nord. Tout d’abord, une simulation réaliste des années 1958 à 2002 basée sur un modèle global couplé glace/océan est utilisée pour étudier la variabilité du budget d’eau douce en Arctique, afin de comprendre quelle composante de ce budget est responsable des variations du contenu halin du bassin Arctique. On s’intéresse également à la variabilité des exports d’eau douce vers l’Atlantique Nord, afin de comprendre les mécanismes responsables de cette variabilité. Le modèle permet ainsi montrer que les échanges d’eau douce avec l’Atlantique Nord de part et d’autre du Groenland sont contrôlés par des mécanismes différents : dans les détroits canadiens, le transport de volume domine la variabilité, alors que salinité et courants contribuent à la variabilité dans le détroit de Fram. Par la suite, une réanalyse océanique des années récentes nous permet d’explorer les conséquences pour le contenu halin de l’Arctique de l’accélération de la fonte de la banquise et plus particulièrement celles du minimum de l’extension de glace sans précédent qui a eu lieu à la fin de l’été 2007. Dans un deuxième temps, une méthode numérique originale est utilisée pour comprendre l’origine des masses d’eau qui sont exportées de l’Arctique vers l’Atlantique Nord. On effectue ainsi une analyse lagrangienne qualitative à partir des sorties 3D mensuelles climatologiques d’un modèle global couplé glacefocéan à haute résolution. Cette étude permet de quantifier les contributions relatives des différentes branches de circulation à ces exports, ainsi que les échelles de temps et les transformations de masses d’eau associées à ces différentes branches de circulation. De plus, un schéma complet de la circulation dans le bassin Arctique est proposé, et nous mettons en évidence le rôle clé de la mer de Barents pour les transformations des eaux Atlantique qui pénétrent en Arctique. Enfin, nous nous intéressons à l’influence relative des différents forçages atmosphériques (vent, flux de chaleur et halins) sur la variabilité des échanges Arctique/Atlantique, et sur les variations du volume de glace en Arctique. Dans ce but, des expériences de sensibilité sont réalisées à l’aide d’un modèle régional de l’Arctique et l’Atlantique Nord, permettant de mieux comprendre les distributions spatiales et temporelles des contributions des différents forçages atmosphériques.
Author: Ola M. Johannessen Publisher: Springer Nature ISBN: 3030213013 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 575
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This book provides in-depth information about the sea ice in the Arctic at scales from paleoenvironmental variability to more contemporary changes during the past and present centuries. The book is based on several decades of research related to sea ice in the Arctic and its variability, sea ice process studies as well as implications of the sea ice variability on human activities. The chapters provide an extensive overview of the research results related to sea ice in the Arctic at paleo-scales to more resent scales of variations as well as projections for changes during the 21st century. The authors have pioneered the satellite remote sensing monitoring of sea ice and used other monitoring data in order to study, monitor and model sea ice and its processes.
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L'objet de cette thèse est la compréhension des mécanismes contrôlant la variabilité spatio-temporelle de la concentration de glace de mer (SIC) en mer du Groenland, l'un des sites de formation d’eau dense de l’Atlantique Nord. Cette variabilité est caractérisée à partir des données satellitaires de concentration de glace obtenues par radiométrie hyperfréquence sur la période 1979-2007, en se concentrant sur la période convective (hiver et printemps). Trois modes de variabilité sont identifiés avec une forte dominance du premier mode qui représente 70% de la variance de la SIC dans la région. Les liens statistiques de ces modes avec les forçages atmosphériques sont examinés à partir des réanalyses du centre européen. On montre l'importance de la variabilité du vent méridien sur le mode dominant de SIC par son impact sur la dérive d’Ekman et un lien avec la température de surface de l’air mettant en jeu la rétroaction de la glace sur l’atmosphère via les flux de chaleur. Une étude complémentaire basée sur une classification en régimes de temps de Cassou et al. (2004) montre une réponse préférentielle de la SIC à la phase négative de la NAO. La construction d’un jeu de données hydrologiques homogène sur la période 1982-2006 a permis d’examiner le lien statistique entre les modes de variabilité de la SIC et l’activité convective dans le gyre du Groenland identifiée à partir d’un critère de stratification de la colonne d'eau. On met en évidence une corrélation significative entre la variabilité de la convection et le second mode de variabilité de la SIC associant un faible englacement dans le centre du bassin à une forte activité convective.
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Les observations spatiales d'extension de glace de mer montrent que la banquise arctique a fortement réduit au cours des 40 dernières années, avec une nette tendance à l'accélération depuis la fin des années 1990. Bien que les processus expliquant cette fonte accélérée soient en partie compris, les modèles de banquise ne reproduisent pas clairement les variations d'extension observées. Cette mauvaise représentation des modèles est généralement attribuée à une méconnaissance des rétroactions climatiques. Parmi ces rétroactions, nous souhaitons nous intéresser à l'une d'entre elles en particulier: l'amincissement de la glace de mer. Cet amincissement est généralement associé à une fonte plus précoce et à une accélération de l'export de glace. L'amélioration de la représentation de l'épaisseur de banquise est donc nécessaire pour mieux comprendre les variations d'extension de banquise observées au cours des dernières décennies. Contrairement aux données d'extension de banquise, il n'existe pas à l'heure actuelle de données d'épaisseur de glace à l'échelle du Bassin Arctique couvrant une longue période (> 20 ans). En revanche, de multiples études ont montré qu'il était possible d'estimer l'épaisseur de glace à l'échelle du Bassin Arctique à partir de l'altimétrie spatiale. Pour mesurer l'épaisseur de glace par altimétrie, on emploie généralement la technique du "franc-bord". Cette méthode consiste à estimer par altimétrie spatiale l'épaisseur de glace émergée (le franc-bord) et à convertir cette mesure en épaisseur totale en résolvant l'équation d'hydrostatique qui existe entre la glace recouverte de neige et l'océan. La méthode du franc-bord a été appliquée à diverses missions altimétriques (ERS-2, Envisat et CryoSat-2) depuis 1995 et devrait ainsi pouvoir fournir une série temporelle d'épaisseur de glace de plus de 20 ans. Cela dit, il n'existe à ce jour aucune série temporelle d'épaisseur de glace couvrant plus de 6 années. Cette absence d'une longue série temporelle est principalement due à un manque de continuité de la mesure du franc-bord liée à l'évolution des techniques radar (altimétrie conventionnelle/altimétrie SAR) ainsi qu'aux incertitudes liées à la conversion du franc-bord en épaisseur de glace. Dans ce contexte, cette thèse a pour objectifs d'analyser les biais inter-missions de franc-bord et d'améliorer la conversion du franc-bord en épaisseur de glace en exploitant au mieux la mesure altimétrique. Pour remplir ces objectifs, un travail de fond est réalisé sur l'interaction de la mesure radar avec l'environnement de la banquise (neige, rugosité, etc). Les résultats de l'analyse de la mesure radar sur la banquise permettent d'établir la plus longue série temporelle d'épaisseur de glace de mer disponible à ce jour (2002-2016). L'analyse de cette série temporelle montre que la banquise s'est amincie en moyenne de 0.013(± 0.09) m/an au cours de la période 2002-2016. Cet amincissement est principalement attribué à la réduction de surface de glace pérenne ayant eu lieu au cours de la même période. La forte incertitude associée à cette tendance est quant à elle attribuée à l'importante variabilité inter-annuelle de l'épaisseur de banquise arctique.
Author: Fanny Cusset Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 70
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En Arctique, la productivité marine comprend deux floraisons successives de producteurs primaires, les algues deglace et le phytoplancton, qui sont étroitement liée à la phénologie de la glace de mer. Ceux-ci constituent la base du réseau trophique et fournissent l'énergie transférée vers les niveaux trophiques supérieurs. Ainsi, tout changement affectant la banquise arctique aura de fortes implications sur la phénologie des producteurs primaires, et affectera par conséquent tous les autres niveaux trophiques. Des études antérieures ont démontré le potentiel des Isoprénoides Hautement Ramifiés (HBIs) pour quantifier les contributions relatives des deux pools de producteurs primaires vers les niveaux trophiques supérieurs. Ici, nous combinons les HBIs avec les isotopes stables afin (i) d'évaluer si et à quel point les oiseaux marins arctiques dépendent de la glace de mer, et (ii) de déterminer si les variations de glace affectent leur écologie alimentaire et leur performance reproductive. L'étude cible deux espèces abondantes en Arctique présentant des écologies distinctes: le guillemot de Brünnich (Uria lomvia) et le fulmar boréal (Fulmarus glacialis). Pour chaque espèce, 60 œufs ont été récoltés sur l'île du Prince Leopold (Arctique canadien) pendant des années aux conditions de glace fortement contrastées (2010-2013). Les distributions en HBIs et les compositions isotopiques (carbone et azote) et énergétiques ont été analysées pour chaque œuf. Les résultats montrent que la présence de glace est bénéfique pour la performance reproductive des guillemots, avec des œufs plus gros et plus énergétiques pondus durant les années plus englacées. Les guillemots sont étroitement liés à la banquise et dépendent fortement de proies associées à la glace. Au contraire, les fulmars ne présentent aucune association claire aux communautés sympagiques, et les variations du couvert de glace n'affectent ni leur écologie alimentaire ni leur performance reproductive. De fait, les guillemots semblent plus vulnérables face aux changements climatiques à venir, alors que des espèces plus résilientes comme les fulmars pourraient en tirer avantage. Dans l'ensemble, notre étude souligne l'importance des approches multi-biomarqueurs afin de mieux appréhender l'importance des ressources sympagiques pour les prédateurs supérieurs au sein d'écosystèmes marins arctiques en pleine mutation.
Author: BLANDINE.. L'HEVEDER
Author: BLANDINE.. L'HEVEDER
Author: Svenya Chripko
Author: Camille Lique
Author: Ola M. Johannessen
Author: Antoine Aubriet
Author: Agathe Germe
Author: Kévin Guerreiro
Author: Ellsworth LeDrew
Author: 
Author: Fanny Cusset