Représentation des extrêmes de précipitations sur le Sahel dans les

M2 OASC : Fiche de stage
Titre du stage : Représentation des extrêmes de précipitations sur le Sahel dans les modèles climat
Nom et statut du (des) responsable (s) de stage :
P. Peyrillé, Ingénieur des Travaux de la Météorologie : philippe.peyrillé@meteo.fr, tel: 05 61 07 97 43
R. Roehrig, Ingénieur des Ponts, Eau et Forêts : [email protected], tel: 05 61 07 97 62
F. Beucher, Ingénieurs des Travaux de la Météorologie : [email protected]
Sujet du stage :
Le Sahel est connu pour avoir subi depuis les années 1970 une sécheresse extrême d’une durée et d’une
ampleur inégalée dans le monde. Les années de famines meurtrières de 1972-1973 et 1984-1985 ont démontré la
forte vulnérabilité des populations aux épisodes secs et les famines récentes de 2006 et 2010 montrent que la
reprise relative des précipitations depuis la fin des années 1990 ne présage en rien d’un retour à des conditions plus
favorables. Sur l’Afrique de l’Ouest et au Sahel en particulier, la majeure partie des pluies est apportée par
quelques lignes de grains pendant les mois d’été, i.e. des systèmes convectifs organisés générant des cumuls
importants de précipitations (~30-50 mm/j). En dépit des conditions sèches prédominantes, cette région fait
paradoxalement face depuis les deux dernières décennies à un nombre croissant d’Evénements Extrêmes de
Précipitations (EEP) pouvant générer des conditions hydrologiques extrêmes (inondations) et des dommages
matériels et humains considérables. Cette augmentation a notamment été observée à partir d’une longue série de
données de précipitations sur le Sahel (1950-2010) permettant à Panthou et al. (2014) de mettre en évidence une
intensification du régime des précipitations journalières sur le Sahel. Cette évolution est très cohérente avec les
signes attendus du renforcement du cycle hydrologique dans le contexte du changement climatique (e.g. Giorgi et
al. 2011). Dans ce contexte il apparaît important de comprendre l’évolution des EEP en changement climatique
ainsi que les raisons pour lesquelles leur fréquence a augmenté au cours de ces deux dernières décennies.
Pour ce type de questionnement, les simulations réalisées par les modèles de climats fournissent un outil
précieux permettant de représenter toute la complexité du système Terre, et du système Mousson Africaine en
particulier, sur une période temporelle suffisamment longue pour échantillonner correctement d’un point de vue
statistique les EEP. On ignore toutefois si les modèles de climat sont capables de représenter la complexité des
processus en jeu dans les EEP ou de reproduire leur évolution historique. Ces conditions sont nécessaires si l’on
souhaite utiliser les projections futures réalisées par ces modèles avec toute confiance, confiance à ce jour limitée
au regard des difficultés de premier ordre que les modèles de climat rencontrent pour reproduire le climat ouestafricain actuel - les simulations du climat actuel montrent en effet des biais allant du simple au double sur la
quantité de pluies en période de mousson (Roehrig et al. 2013).
Le stage proposé vise donc à documenter la capacité des modèles de climat actuels à représenter ce type de
phénomènes et leur évolution récente, afin d’établir la pertinence des scénarios climatiques qu’ils nous proposent
autour de deux axes Le premier consiste à quantifier dans quelle mesure les simulations climatiques du climat passé
et présent reproduisent la tendance des précipitations et celle des EEP sur le Sahel en comparaison aux résultats de
Panthou et al. (2014). On tirera parti des simulations fournies par l’exercice CMIP5 1, ayant servie de base au 5 ème
rapport du GIEC, pour avoir une vision multi-modèles des extrêmes de pluies au Sahel. Dans un deuxième temps,
on utilisera la connaissance des facteurs favorables aux EEP acquise lors de deux études récentes (Lafore et al.
2014 pour une simulation à haute résolution d’un EEP sur Ouagadougou, Burkina Faso, et celle de Budiarti et al.
2015 pour une généralisation) pour construire un indice mixte pluie-dynamique d’EEP. Cet indice sera construit à
partir des variables pertinentes pour leur détection / développement (tourbillon fort et étendu sur la verticale, seuil
d’eau précipitable, arrivée d’une onde d’est africaine, précipitation) permettant de travailler avec les variables
mieux représentées par les modèles de climat que les précipitations elles-mêmes. Enfin ces indices (mixtes et
pluviométriques) seront utilisés pour analyser l’évolution des EEP en climat futur pour différents modèles de
climat.
Bibliographie :
M. Budiarti, 2015 : Large-scale environment of extreme precipitating events over West Africa. Rapport de Stage M2, OASC (janvier 2015)
Lafore JP. , A. Diongue, F. Beucher, N. Chapelon, E. Poan, R. Roehrig and T. Diedhiou, 2014: Heavy Rainfall Predictability: the THORPEX West Africa case
study. Hurr and Trop. Met. AMS Conference. San Diégo 2014.
Panthou, G., T. Vischel, and T. Lebel, 2014: Recent trends in the regime of extreme rainfall in the Central Sahel. Int. J. Climatol., On-line.
Roehrig, R., D. Bouniol, F. Guichard, F. Hourdin, and J. Redelsperger, 2013 : The present and future of the west African monsoon : a process-oriented
assessment of CMIP5 simulations along the AMMA transect. J. Climate, 26, 6471-6505. doi:10.1175/JCLI-D-12-00505.1.
UE optionnelles suggérées pour accompagner le stage (2 UE à choisir parmi UE 7.1, 7.2, 7.3, 7.4, et 7.5) :
UE 7.1 et 7.2 par exemple.
UE optionnelles du M2 OASC
MODULE
UE7
Options
(2/5)
C (h)
UE 7.1 :
Physique des
nuages
UE 7.2 :
Aérosols
UE 7.3 :
Océanographie
côtière
UE 7.4 :
Traceurs dans
l'océan
1
10
10
10
10
http://cmip-pcmdi.llnl.gov/cmip5/
Compétences
Compréhension des processus
physiques associés aux nuages.
Approche de l'observation des nuages
et de leur représentation.
Rôle des nuages dans les
perturbations atmosphériques des
latitudes moyennes et tropicales.
Notions sur les sources d'aérosols
atmosphériques.
Notions sur les processus d'évolution
des propriétés physico chimiques de
l'aérosol au cours de son transport
dans l'atmosphère.
Notions sur les impacts climatiques
associés à la présence d'aérosols.
Notions sur les techniques de
mesures de l'aérosol par impaction ou
par filtration.
La marge continentale est le siège
d’une dynamique très spécifique. La
formation proposée vise à en identifier
les causes, à décrire les mécanismes
associés et à proposer des modèles
simples.
Acquisition de connaissances sur les
outils géochimiques utilisés pour
étudier des paramètres-clés (export
de carbone, mélange dans l’océan…),
modèles utilisés en géochimie marine
Contenu du module (mots clefs)
Nuages, système d’équations, modélisation,
observations.
Nuages stratiformes (stratus, brouillard,
stratocumulus, cirrus).
Nuages cumuliformes (dynamique, électricité,
grêle, tornades, systèmes convectifs).
Perturbations des latitudes moyennes
(structure à grande échelle, observations
satellite, nuages et fronts).
Cyclones tropicaux (climatologie, évolution,
impact, prévisibilité).
Sources, processus de formation et
d’évolution, vieillissement, impact radiatif
Spécificité de la circulation océanique, de la
réponse au vent et de la dynamique des
marées, des tsunamis, de la houle, des ondes
internes et des panaches fluviaux sur les
marges continentales.
Outils géochimiques, quantification des flux
de matière dans l’océan, quantification du
mélange (horizontal, vertical) dans l’océan,
échanges côte-large.
UE 7.5 :
Cryosphère
10
Faire comprendre le rôle de la
cryosphère dans le climat en tant
qu’acteur et témoin climatique. Notion
de temps de réponse, rapide pour les
glaces de mer, lent pour les glaces
continentales. Notion de
fonctionnement d’un glacier et intérêt
en tant qu’archives glaciaires.
Notion d‘albédo et de rétroaction positive.
Fonctionnement d’un glacier et d’une calotte
polaire. Formation de la glace de mer. Glace,
témoin de l’altération climatique. Recul des
glaciers continentaux et des glaces de mer
Arctique. Glace, acteur du climat.
Master Sciences de la Planète et de l’Environnement
M2 Spécialité Recherche
OCEAN ATMOSPHERE
ET SURFACES CONTINENTALES
GUIDE DU STAGE
Objectif du guide : informer les étudiants et les encadrants de la forme et du contenu que doit revêtir
le stage de recherche.
Le stage de recherche est une phase de formation de l’étudiant, dans laquelle l’encadrant a
un rôle prépondérant et au cours de laquelle diverses activités sont normalement proposées,
répondant toutes à des objectifs particuliers :
1. Travail bibliographique : savoir situer son sujet de recherche dans le domaine scientifique
correspondant.
2. Assimilation de techniques scientifiques : savoir manipuler des données, utiliser et/ou
développer un modèle, mener des expériences… pour obtenir des résultats scientifiques
nécessaires à l’analyse d’un problème.
3. Rédaction d’un rapport : savoir rédiger une synthèse de ses travaux dans un format imposé,
en faisant preuve de clarté avec un choix judicieux de figures.
4. Soutenance orale : savoir présenter ses travaux et défendre ses résultats devant une
assistance.
5. Effort de pédagogie : savoir transmettre son propos devant une assistance non spécialisée.
Le jury doit pouvoir évaluer les compétences acquises par l’étudiant dans ces diverses activités
afin de vérifier que tous les objectifs de la formation par la recherche soient atteints. Cette
évaluation est basée sur le rapport de stage et sur la soutenance orale.
"Quelle réponse apporter à quelle question?" Ce double questionnement peut servir de fil rouge
à l'étudiant qui devra démontrer son esprit critique vis-à-vis des résultats qu'il présente, et faire
preuve de qualités pédagogiques pour bien faire comprendre ses travaux. Il pourra, si possible,
montrer les apports des différents cours qu'il a suivis. Par ailleurs, le jury doit pouvoir bien
cerner le travail effectif et personnel de l’étudiant que ce dernier devra mettre en évidence.
Rapport de stage :
- 30 pages maximum de l’introduction aux références (effort de synthèse), police de caractères
de taille 12, marges de 2 cm minimum.
- Possibilité de mettre des annexes (utiles pour le groupe d’accueil) qui ne seront pas évaluées et
dont la lecture ne doit pas être indispensable à la compréhension du rapport.
- Format : 1 résumé, 1 table des matières, 1 introduction (situant le problème scientifique abordé
dans le contexte international, ainsi que la démarche scientifique utilisée/suivie), 1 description
de la méthodologie, 1 présentation des résultats, 1 discussion, 1 conclusion avec des
perspectives, et les références des articles cités dans le corps du texte.
Soutenance de stage :
Présentation sous forme de diaporama (PowerPoint Windows XP ou Acrobat pdf) d'une
durée de 15 minutes (une quinzaine de diapositives), suivie de 5 à 10 minutes de questions, en
présence de l'encadrant, qui ne peut intervenir.
Chaque soutenance est suivie d’une courte délibération en présence du responsable de stage
dans un premier temps, et en son absence dans un second temps.