Analyse des facteurs environnementaux associés

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STAGE DE RECHERCHE de MASTER 2èME ANNEE
Master « Océan, Atmosphère, Climat, Observations Spatiales »
Année Universitaire 2016-2017
LABORATOIRE : LATMOS
TITRE DU SUJET DE STAGE : Analyse des facteurs environnementaux associés à la convection
tropicale : apport d’une constellation de satellites dédiés au cycle de l’eau.
COORDONNEES DU RESPONSABLE :
Nom – Prénom : Brogniez Hélène
Grade: maître de conférence - HdR
Adresse: 11 boulevard d’Alembert 78280 Guyancourt
Téléphone : 01 80 28 52 36
E-mail : [email protected]
Téléphone du secrétariat :
Fax :
NATURE DU SUJET :
Théorie
Modélisation num.
Expérimentation
Analyse de données
Instrumentation
Pas du tout
Pas du tout
Pas du tout
Pas du tout
Pas du tout
Un peu
POURSUITE :
Ce stage peut-il donner lieu à un sujet de thèse ?
Un peu
Un peu
Un peu
Un peu
Beaucoup
Beaucoup
Beaucoup
Beaucoup
Beaucoup
oui
Noter que le stage de M2 peut être totalement indépendant du sujet de thèse.
SUJET :
Le Programme Mondial de Recherche sur le Climat (WCRP) a récemment mis en avant le
besoin d’améliorer la compréhension des processus liant les nuages, la circulation de l’eau
atmosphérique et le climat : réduire les incertitudes sur ces processus est un enjeu primordial
pour pouvoir anticiper les évolutions du climat (Bony et al, 2015).
La vapeur d’eau atmosphérique est l’un des paramètres clé de la sensibilité climatique : cette
grandeur est d’ailleurs reconnue comme « Variable Climatique Essentielle » par le WCRP. Sa
variabilité spatiale et temporelle est cependant affectée par des échanges radiatifs,
thermodynamiques (impliquant des changements de phase) et des flux dynamiques. Même si
certains principes physiques sous-jacents sont bien compris car expliqués par des théorèmes
physiques connus et robustes (comme l’équation de Clausius-Clapeyron), des modélisations
détailles et des mesures réalisées depuis les laboratoires jusqu’aux satellites sont
indispensables pour préciser le rôle de chacun de ces phénomènes conduisant à
l’humidification ou l’assèchement de la troposphère.
Généralement, l’analyse de la réponse du climat à des forçages radiatifs, tels les perturbations
anthropiques des concentrations en gaz à effet de serre, passe par une utilisation intense de
modèles numériques du climat qui, malheureusement, ne convergent pas vers un
comportement unique et proposent au contraire une gamme large de projections (GIEC,
2013). Les estimations de sensibilité climatiques et les études de rétroactions sont pour la
plupart fondées sur des diagnostiques issus de modèles numériques, et reposent par exemple
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sur des dérivées partielles de paramètres qui ne peuvent être rigoureusement traduites dans les
observations. De plus, les nombreuses rétroactions sont loin d’être indépendantes les unes des
autres et leurs intensités sont entremêlées (Stephens, 2005 ; Klein & Hall, 2015). L’une des
façons de tester la robustesse des simulations numériques est d’utiliser les observations afin
de mieux contraindre les caractéristiques des processus sous-mailles observés dans la nature.
Certaines des questions soulevées par le WCRP et qui traitent des relations
circulation/nuages/climat nécessitent d’exploiter les observations satellites et de tirer parti de
la synergie des instruments actuellement disponibles et de leurs longues séries d’observations.
Il s’agira ici d’exploiter les observations de l’humidité atmosphérique fournies par le satellite
Megha-Tropiques (en opérations depuis 2011) conjointement aux observations des nuages
fournies par les satellites CloudSat et Calipso (au sein de l’A-Train, en opérations depuis
2006). Ce travail se situe dans le cadre de l’exploitation d’une base compilant, de manière
exhaustive et fine, les observations de ces satellites et qui va être développée grâce à un projet
dit de « Recherche Stratégique » soutenu par l’Université Paris-Saclay. Ce projet de grande
envergure combinant des équipes du LATMOS, du LMD, du LSCE et de l’IPSL vient
démontrer l’intérêt de la synergie d’instruments satellites : le travail se fera au sein des
groupes scientifiques de Megha-Tropiques et de l’A-Train, ce qui facilitera les analyses
scientifiques.
Le travail proposé pour ce stage concerne les nuages tropicaux et le rôle des zones de ciel
clair, et d’évaluer les hypothèses suivantes :
- le rôle de la convection profonde : les nuages de convection profonde sont souvent associés
à des enclumes épaisses optiquement avec un albédo élevé qui viendraient modérer un
réchauffement de la surface, ainsi qu’à des cirrus fins de haute altitude (pas forcément reliés à
la convection) qui moduleraient le rayonnement ondes-longues émis vers l’espace et ainsi
renforçant le réchauffement initial (Sherwood & Whrlich, 1999 ; Stephens, 2005)
- la relation nébulosité élevée/rétroaction de la vapeur d’eau : cette relation est issue
d’analyses de la haute troposphère tropicale et de l’évolution des systèmes convectifs
profonds. Le développement de cristaux de glace au sommet de ces nuages apparaît renforcé
dans les zones où la température de surface de la mer est élevée (> 300K) et cette rétroaction
semblerait être plus intense que la rétroaction de Clausius-Clapeyron seule.
1. Intérêt scientifique : Le stage permettra de fournir des premiers diagnostiques exploitant
la synergie A-Train/Megha-Tropiques pour mieux tester la sensibilité climatique et les
rétroactions.
2. Plan de travail
• Prise en main des jeux de données, et définition des zones clés à partir de critères issus
de la communauté scientifique (bibliographie).
• Définition de nouvelles métriques.
• Analyse des relations environnement / type nuageux.
• Etude statistique.
3. Lieu du stage : Ce stage sera réalisé à Guyancourt, dans l’équipe SPACE (Statistiques
Processus Atmosphère Cycle de l’Eau).
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