Contribution des aérosols aux scénarios climatiques en

Proposition de Sujet de thèse 2016
(1 page recto maximum)
Laboratoire (et n° de l’unité) dans lequel se déroulera la thèse :
CNRM/GAME UMR 3589
Titre du sujet proposé :
Contribution des aérosols aux scénarios climatiques en Méditerranée pour le XXIème
siècle à l'échelle régionale
Nom et statut (PR, DR, MCf, CR, …) du (des) responsable(s) de thèse (préciser si HDR) :
SOMOT Samuel, CNRM/GMGEC, IPEF / NABAT Pierre, CNRM/GMGEC, IT / MALLET
Marc, LA, CR
Coordonnées (téléphone et e-mail) du (des) responsable(s) de thèse :
Samuel SOMOT : [email protected] 0561079362
Pierre NABAT : [email protected] 0561079740
Marc MALLET : [email protected] 0561332710
Résumé du sujet de la thèse
Les aérosols, qui sont toutes les particules solides ou liquides en suspension dans
l'atmosphère, aussi bien d'origine naturelle qu'anthropique, ont des concentrations élevées en région
méditerranéenne. En effet, leurs sources sont nombreuses autour de cette région (poussières
désertiques du Sahara, sels marins issus de la mer Méditerranée, activités anthropiques en Europe, …)
et s'accumulent ainsi au-dessus du bassin méditerranéen. Outre leurs effets sur la qualité de l'air et la
santé, ces aérosols ont des propriétés optiques et microphysiques qui leur permettent d'interagir avec
les rayonnements solaire et thermique (effet direct), les nuages et les précipitations associées (effet
indirect), et la dynamique atmosphérique (effet semi-direct). Des travaux récents ont montré l'impact
fort des aérosols méditerranéens sur le climat régional présent (rayonnement, température,
précipitations, ...), ainsi que leur rôle important dans les tendances climatiques observées lors des
dernières décennies.
Cependant, la question de l'évolution future de l'impact des aérosols sur le climat régional en
Méditerranée n'a été que plus rarement abordée. Pourtant à l'échelle globale, les conclusions du
cinquième rapport du GIEC (2013) soulignent les incertitudes importantes associées aux différents
effets des aérosols sur le système climatique. C'est notamment à l'échelle régionale que l'on pourra
mieux comprendre et améliorer la représentation des processus mis en jeu concernant les interactions
des aérosols avec le climat. Dans ce cadre, la région méditerranéenne est une zone particulièrement
intéressante car la variabilité spatio-temporelle des aérosols y est très élevée, de par leur courte durée
de vie (quelques jours) et la diversité importante des sources naturelles et anthropiques. Cette région
fait de plus partie des plus sensibles au changement climatique, et constitue donc un cadre idéal pour
l'étude des interactions aérosols-climat.
L'objectif de cette thèse sera d'étudier et de quantifier le rôle des aérosols dans les projections
climatiques en région méditerranéenne pour le XXIème siècle, afin d'intégrer de manière plus réaliste
leur forçage radiatif dans les scénarios climatiques. Pour réaliser ce travail, l'étudiant(e) utilisera le
système de modélisation climatique régionale CNRM-RCSM (Regional Climate System Model),
incluant les différentes composantes du système climatique (atmosphère, océan, surfaces
continentales, rivières, aérosols). Le schéma interactif d'aérosols intégré dans ce modèle permet de
simuler l'évolution des concentrations atmosphériques des différents types d'aérosols (poussières
désertiques, carbone suie et organique, feux de biomasse, sels marins et sulfates), et leurs effets sur le
climat régional. Les émissions des aérosols anthropiques (sulfates, carbone suie et organique) seront
imposées au modèle selon les inventaires d'émissions donnés dans différents scénarios envisagés.
Celles des aérosols naturels (poussières désertiques et sels marins) seront directement calculées par le
modèle en fonction de l'évolution des conditions météorologiques (vent en surface, caractéristiques du
sol, ...). Cependant, certains processus comme la formation d'aérosols nitratés (dont les émissions
devraient augmenter significativement au XXIème siècle), le second effet indirect des aérosols et le
changement d'utilisation des sols, ne sont pas pris en compte actuellement dans CNRM-RCSM. Il
s'agira donc dans un premier temps d'apporter des améliorations à ce schéma d'aérosols, en évaluant
les résultats obtenus à l'aide d'observations sur des périodes passées. Dans un second temps,
l'étudiant(e) réalisera des simulations climatiques couvrant l'ensemble du XXIème siècle, pour
caractériser l'évolution des différents types d'aérosols et leurs incertitudes, et estimer leur impact sur le
climat futur de la région méditerranéenne. Par ailleurs, ce travail s'inscrira dans le cadre des
programmes internationaux de recherches ChArMEx (charmex.lsce.ipsl.fr) et Med-CORDEX
(www.medcordex.eu). Le premier permet d'avoir à disposition de nombreuses observations issues de
campagnes de mesures récentes en Méditerranée, tandis que le deuxième vise à développer des
exercices de modélisation régionale du climat sur cette région, à travers des collaborations
internationales.
Compétences souhaitées
Le (ou la) candidat(e) devra avoir des connaissances scientifiques générales sur le système
climatique, la chimie de l'atmosphère et les aérosols. Des compétences techniques en matière de
modélisation climatique seraient appréciables, comme la connaissance de l'environnement (linux) et
du langage de programmation (fortran90) nécessaires à l'utilisation et à la modification des modèles
utilisés. Des outils graphiques et d'analyses statistiques devront également être utilisés pour
l'exploitation et la valorisation des résultats de simulations. Une bonne connaissance de l'anglais (écrit
et oral) est également souhaitable.
Références bibliographiques
N. Bellouin, J. Rae, A. Jones, C. Johnson, J. Haywood, et O. Boucher. Aerosol forcing in the Climate Model
Intercomparison Project (CMIP5) simulations by HadGEM2-ES and the role of ammonium nitrate. Journal of
Geophysical Research, 116 :D20206, 2011. doi:10.1029/2011JD016074.
Nabat, P., Somot, S., Mallet, M., Michou, M., Sevault, F., Driouech, F., Meloni, D., di Sarra, A., Di Biagio, C.,
Formenti, P., Sicard, M., Léon, J.-F., and Bouin, M.-N.: Dust aerosol radiative effects during summer 2012
simulated with a coupled regional aerosol–atmosphere–ocean model over the Mediterranean, Atmos. Chem.
Phys., 15, 3303-3326, doi:10.5194/acp-15-3303-2015, 2015.