Interaction entre convection nuageuse et circulation de grande

SUJETS DE THESE 2009
Interaction entre convection nuageuse
et circulation de grande échelle dans les tropiques :
de la compréhension fondamentale à la réduction des incertitudes en prévision climatique
Sujet n°:
Candidat :
Remarque:
Directeur de Thèse : Hervé Douville HDR : Oui
Autres encadrants Gilles Bellon, co-directeur, [email protected]
Hervé Le Treut (LMD, Paris), co-directeur
Situation du sujet de recherche par rapport aux axes prioritaires de recherche définis par Météo-France :
Thème « Etude du climat et du changement climatique »
Objectifs poursuivis, méthodologie envisagée :
La simulation de la convection nuageuse et donc des nuages et des précipitations tropicales est un des
principaux points faibles des Modèles de Circulation Générale (MCG). Cette faiblesse limite leur potentiel
d’utilisation pour les prévisions de pluie à l’échelle saisonnière (du printemps à l’été, par exemple) ou les
prévisions d’impact du changement climatique. En particulier, les nuages tropicaux ont été identifiés comme une
des sources d’incertitude majeures dans les scénarios climatiques du GIEC.
L’objectif de cette thèse est donc de mieux comprendre la convection nuageuse dans les tropiques, et les
rétroactions dynamiques qui contribuent à l’émergence des circulations tropicales et de leur variabilité. La
méthode utilisée vise à comprendre le fonctionnement des modèles de façon à fournir des pistes de travail pour
leur amélioration. Pour ce faire, on utilisera dans le cadre de cette thèse les MCG Arpège et LMDz en
configuration simplifiée dite «aquaplanète» (Terre couverte d’eau), de façon à comparer les comportements
fondamentaux de ces modèles. Ce projet de thèse s’articule avec le projet international CMIP5 (prochaines
simulations du GIEC) et avec un projet européen récemment soumis au FP7 (EUCLIPSE), qui prévoient
également l’utilisation d’une approche aquaplanète pour comprendre les processus nuageux à l’origine des
différences inter-modèles.
Dans le cadre de cette thèse, on s’attachera plus particulièrement à :
- Comprendre l’interaction modélisée entre convection nuageuse et circulation de Hadley dans Arpège et LMDz.
Cette interaction détermine la taille et la position de la bande de pluies équatoriales, la Zone de Convergence
Intertropicale (ZCIT). Un des problèmes systématiques des MCG est le dédoublement de cette bande dans l’Est
des bassins océaniques (le ‘syndrome’ de double ZCIT). De récents travaux ont pu montrer qu’un même MCG
peut représenter divers régimes de circulation selon les conditions imposées en surface. On analysera les
mécanismes qui déterminent les caractéristiques de ces régimes (nombre, taille et position des ZCIT, distribution
de nuages bas) et des transitions entre régimes.
- Analyser la représentation des nuages dans Arpège et la comparer à celle des autres modèles du projet
EUCLIPSE. Au delà de la climatologie, on étudiera la signature nuageuse (en terme de types de nuages, forçage
radiatif et précipitations) des modes naturels de la variabilité climatique tropicale tels que l’Oscillation de Madden-
Jullian (intra-saisonnier), et l’impact de la représentation des nuages sur la capacité des modèles à simuler ces
modes. Des études de sensibilité du modèle seront menées pour comprendre le comportement des
paramétrisations de la convection et des nuages, ainsi que leur réponse à l’augmentation des gaz à effet de

serre. L’intercomparaison entre modèles au sein du projet EUCLIPSE devrait permettre de suggérer des pistes
d’amélioration des MCG.
Ce projet de thèse permettra au doctorant de se familiariser avec les grands chantiers de la modélisation du
climat et de développer une forte compétence en météorologie tropicale. Ce sujet s’inscrit aussi dans une
démarche d’amélioration des MCG axée sur les processus climatiques qui parvient aujourd’hui à un stade de
maturation avec le montage du projet européen EUCLIPSE et l’utilisation de nouveaux instruments spatiaux
fournissant des informations précises et tri-dimensionnelles sur les nuages. L’utilisation des deux MCG français
permettra aussi de renforcer la collaboration entre le CNRM et l’IPSL et favoriser l’insertion professionnelle du
doctorant.