De la mer à la stratosphère Journée des doctorants vendredi 22 mai
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De la mer à la stratosphère Journée des doctorants ­ vendredi 22 mai 2015 Observatoire Midi­Pyrénées ­ Salle Coriolis 9h45 Café 10h Ouverture de la journée 10h10 Couplage océan atmosphère à haute résolution en Méditerranée occidentale Léo Seyfried 10h30 Flux air­mer en Méditerranée par condition de vents forts : impact de la couche limite atmosphérique et rétroactions Pierre­Étienne Brilouet 10h50 Étude des interactions chimie­aérosols­nuage en Afrique de l'Ouest Fabien Brosse 11h10 Interactions précipitations­aérosols­dynamique 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 méso­échelle et subméso­échelle 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 méso­échelle Méso­NH (et son modèle de surface Surfex) et sur le modèle de circulation océanique Symphonie, est couplé à l'aide de la librairie de couplage OASIS3­MCT. 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. 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 Directeurs de thèse : Evelyne Richard & Patrick Marsaleix Flux air­mer en Méditerranée par condition de vents forts : impact de la couche limite atmosphérique et rétroactions Pierre­Étienne Brilouet Au cours de la période hivernale, la région nord­ouest de la Méditerranée est soumise à des échanges air­mer 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 air­mer 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 non­hydrostatique meso­HN 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. Vue schématique de la zone de convection profonde ainsi que des échanges air-mer conduisant à la formation d'eau dense. Directeurs de thèse : Pierre Durand (Laboratoire d'Aérologie) & Guylaine Canut (CNRM­GAME, Météo­France) Étude des interactions chimie­aérosols­nuage 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 (Large­Eddy Simulation). Directrices de thèse : Maud Leriche & Céline Mari Interactions précipitations­aérosols­dynamique 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 Méso­NH, 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 : Jean­Pierre Chaboureau Hector the Convector, archétype de l'orage hydratant la stratosphère Thibaut Dauhut L'objectif de ma thèse est de caractériser l'hydratation de la stratosphère par les orages tropicaux. C'est un processus d'échelle fine (quelques centaines de mètres) aux conséquences globales sur l'effet de serre et dans l'aggravation du trou dans la couche d'ozone. Pour mener mes recherches, je me base sur l'analyse d'une simulation de référence de l'orage Hector the Convector au­dessus des îles Tiwi en Australie. Cette simulation a été réalisée avec le modèle Méso­NH avec une maille de 100 m et plus d'un milliard de points de grille, ce qui en fait la première simulation au monde d'un orage atteignant la basse stratosphère avec une maille cubique aussi fine. L'hydratation observée le 30 novembre 2005 a été bien reproduite par la simulation et quantifiée. Hector the Convector a ainsi injecté environ 3000 tonnes de vapeur d'eau en stratosphère. En extrapolant ce résultat à l'échelle globale, la contribution de la convection très profonde au transport d'eau vers la stratosphère s'élèverait à 18 %. Les tests de sensibilité à la résolution horizontale indiquent une quasi­convergence de ce résultat à 100 et 200 m de résolution. L'analyse individuelle des courants ascendants montre que cette hydratation est due à quelques courants, très rapides et presque non­dilués. Ces courants formés au­dessus des lignes de convergence générées par la brise de mer sont ensuite renforcés par les rafales sous orage pour finalement atteindre la basse stratosphère. Directeurs de thèse : Jean­Pierre Chaboureau & Patrick Mascart
