De la mer à la stratosphère Journée des doctorants vendredi 22 mai

De la mer à la stratosphère
Journée des doctorants - vendredi 22 mai 2015
Observatoire Midi-Pyrénées - Salle Coriolis
9h45 Café
10h Ouverture de la journée
10h10 Couplage océan atmosphère à haute résolution en Méditerranée occidentale
Léo Seyfried
10h30 Flux air-mer en Méditerranée par condition de vents forts : impact de la
couche limite atmosphérique et rétroactions
Pierre-Étienne Brilouet
10h50 Étude des interactions chimie-aérosols-nuage en Afrique de l'Ouest
Fabien Brosse
11h10 Interactions précipitations-aérosols-dynamique en Afrique de l'Ouest
Irene Reinares Martínez
11h30 Hector the Convector, archétype de l'orage hydratant la stratosphère
Thibaut Dauhut
11h55 Ouverture de la session poster
12h Session poster
12h30 Buffet

Couplage océan atmosphère à haute résolution en Méditerranée occidentale
Léo Seyfried
La Méditerranée occidentale est une région propice à l'étude du couplage entre
l'océan et l’atmosphère. Tout d’abord, les vents dominants, que sont le Mistral et la
Tramontane, entraînent de forts échanges de chaleur et d'eau de l’océan vers l’atmosphère.
Ces échanges induisent une réponse intense de l'océan, avec en hiver, le déclenchement du
phénomène de convection profonde océanique. Par ailleurs, les vents forts soufflant de la
mer vers la terre, particulièrement en automne, se chargent d’humidité sur la mer et
produisent des pluies qui peuvent être diluviennes sur les régions du pourtour côtier. De
plus, la présence de structure océanique de méso-échelle et subméso-échelle peuvent
localement modifier la stabilité de la colonne d’air, ce qui modifie le vent et les flux de
surface créant ainsi une rétroaction sur la mer.
Pour mieux comprendre ces différents phénomènes et les processus de couplage qui
y sont liés, nous allons utiliser un modèle couplé à haute résolution. Ce modèle, qui est
basé sur le modèle atmosphérique de méso-échelle Méso-NH (et son modèle de surface
Surfex) et sur le modèle de circulation océanique Symphonie, est couplé à l'aide de la
librairie de couplage OASIS3-MCT. L'ensemble de ces phénomènes donnent actuellement
lieu à un vaste programme international de recherches nommé HyMeX. La phase
d’observation intense a eu lieu de l’automne 2012 à l’hiver 2013. Ces observations vont
servir de base à la compréhension et à la modélisation de ces phénomènes.
La première partie de cette thèse a été consacrée à la mise en place du modèle
couplé et à des tests de sensibilités, notamment sur le choix de la paramétrisation des flux
de chaleurs turbulents.
Directeurs de thèse :
Evelyne Richard & Patrick Marsaleix
Température de surface de l'océan (en °C) par
condition de Mistral et Tramontane (15/03/2013 à 12h)
modélisée par le modèle couplé Méso-NH – Symphonie

Flux air-mer en Méditerranée par condition de vents forts :
impact de la couche limite atmosphérique et rétroactions
Pierre-Étienne Brilouet
Au cours de la période hivernale, la région nord-ouest de la Méditerranée est
soumise à des échanges air-mer particulièrement intenses en lien avec de fort vents
régionaux (Mistral et Tramontane) qui transportent des masses d'air continentales froides
et sèches sur une mer chaude. Dans ce contexte, la campagne de mesure HyMeX/ASICS-
MED dédiée à l'étude de ces échanges ainsi qu'à la convection océanique profonde s'est
déroulée au cours de l'hiver 2013 dans le golf du Lion. L'avion de recherche français ATR-
42 a été déployé afin d'étudier la structure moyenne et turbulente de la couche limite
atmosphérique (CLA) durant des épisodes de vent fort. Ces événements ont été bien
documentés avec 11 vols couvrant une large gamme de vents au cours desquels des flux de
chaleur latente supérieurs à 600 W/m² ont pu être observés.
La connaissance des profils de flux sur toute la hauteur de la CLA est essentielle pour
l'étude du couplage entre les échanges air-mer et la structure de la CLA. Une analyse
spectrale de la structure turbulente de la CLA a permis de mettre en évidence un
allongement des structures les plus énergétiques dans la direction du vent moyen. Ces
structures cohérentes influencent les transferts turbulents au sein de la CLA et affectent les
estimations de flux.
Afin de compléter l'analyse des observations, une étude numérique basée dans un
premier temps sur une version 1D du modèle non-hydrostatique meso-HN débute
actuellement. Des tests de sensibilité vont être réalisés afin d'étudier l'impact des flux de
surface sur les caractéristiques moyennes de la CLA.
Directeurs de thèse :
Pierre Durand (Laboratoire d'Aérologie) & Guylaine Canut (CNRM-GAME, Météo-France)
Vue schématique de la zone de convection profonde ainsi que
des échanges air-mer conduisant à la formation d'eau dense.

Étude des interactions chimie-aérosols-nuage en Afrique de l'Ouest
Fabien Brosse
La région du Sud de l'Afrique de l'Ouest (Southern West Africa : SWA) est
caractérisée par une diversité d'émissions naturelles et anthropiques des espèces chimiques
gazeuses ou particulaires. Pendant l'été boréal, un flux de sud signe l'arrivée de la mousson
africaine. Ce flux en provenance du Golfe de Guinée est chargé d'émissions naturelles
marines. Il traverse ensuite des écosystèmes naturels (forêt, maquis) riches en émissions
biogéniques (dues à la végétation). Cette région est également marquée par une
urbanisation croissante des villes de la côte et une pollution d'origine anthropique en forte
augmentation (e.g. Lagos ou Abidjan). Ces émissions sont redistribuées par la dynamique
particulière de la région caractérisée en début d'été par des thermiques secs, des nuages
bas, formant des bandes étendues de stratus et/ou de cumulus, par l’occurrence régulière
de brise de mer, voire par l'évolution des nuages en cumulus congestus associés à des
précipitations.
L'objectif de la thèse est de quantifier l'impact des émissions naturelles et
anthropiques sur la composition chimique de l'atmosphère et leurs interactions avec les
thermiques et les nuages dans la région cible du Sud de l'Afrique de l'Ouest à l'aide de
simulations haute résolution dites LES (Large-Eddy Simulation).
Directrices de thèse :
Maud Leriche & Céline Mari

Interactions précipitations-aérosols-dynamique en Afrique de l'Ouest
Irene Reinares Martínez
L’Afrique de l'Ouest est une région très sensible au changement climatique, en
particulier au stress hydrique. La meilleure compréhension des processus qui contrôlent les
précipitations est ainsi une des motivations principales du projet européen DACCIWA, dans
lequel s'inscrit ma thèse. La plupart des précipitations en Afrique de l'Ouest provient des
systèmes convectifs de mésoéchelle (MCS en anglais). Les MCS résultent d'interactions
d'échelle entre processus microphysiques et dynamiques qui sont mal résolus par les
modèles globaux. Au printemps, les poussières désertiques rendent ces interactions
d'échelle encore plus complexes. Les modèles de mésoéchelle, comme Méso-NH, peuvent
aujourd'hui produire des simulations à haute résolution (kilométrique) sur de grands
domaines où ces processus sont explicitement représentés. Le but de la thèse est de
comprendre le rôle des aérosols et des processus dynamiques comme le jet d'est africain et
les vents de basses couches sur les précipitations et la convection en Afrique de l'Ouest. Un
épisode de transport de poussières a été simulé à haute et basse résolution. Les résultats
préliminaires montrent une meilleure représentation des précipitations à haute résolution
et une sensibilité du jet d'est à la charge en aérosols.
Directeur de thèse :
Jean-Pierre Chaboureau