Etude de la Tendance Et de la Variabilité de la Vapeur D'eau Atmosphérique À L'aide de Modèles de Climat Et D'observations Du Réseau GNSS Mondial PDF Download
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Author: Ana Claudia Bernardes Parracho
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Water vapour is a key component of the Earth's climate system, and its distribution and variability are sources of uncertainty in climate models. The use of long-term integrated water vapour (IWV) observations and reanalyses can help in their assessment. This work pioneered the use of reprocessed GPS IWV data for 1995-2010, converted from estimates of Zenith Total Delay. The conversion was assessed, with the goal of producing a high quality long-term IWV data set. Due to uncertainties in the GPS observations and homogeneity concerns, a global comparison with ERA-Interim reanalysis data was made. Although a general good agreement in means, variability and trends was found, issues in both data sets were highlighted. In GPS, gaps and inhomogeneities in the time series were evidenced, as well as representativeness differences in coastal areas and regions of complex topography. In ERA-Interim, too strong trends in certain regions were found. ERA-Interim was also compared with other reanalyses (MERRA-2, ERA-20C, 20CR), and differences were found in the IWV trends over Africa, Australia, and Antarctica. Finally, GPS and ERA-Interim IWV were used to assess four configurations of the LMDZ atmospheric general circulation model with two different physics and with or without nudging towards ERA-Interim wind fields. Impact of the model physics on the IWV mean was found, with the new physics being moister at tropical latitudes. Overall, the model free runs in both physics have difficulty reproducing the trends and variability observed in ERA-Interim and GPS. This is improved with the nudging, which confirms the importance of large-scale dynamics on IWV trends and variability.
Author: Ana Claudia Bernardes Parracho
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Water vapour is a key component of the Earth's climate system, and its distribution and variability are sources of uncertainty in climate models. The use of long-term integrated water vapour (IWV) observations and reanalyses can help in their assessment. This work pioneered the use of reprocessed GPS IWV data for 1995-2010, converted from estimates of Zenith Total Delay. The conversion was assessed, with the goal of producing a high quality long-term IWV data set. Due to uncertainties in the GPS observations and homogeneity concerns, a global comparison with ERA-Interim reanalysis data was made. Although a general good agreement in means, variability and trends was found, issues in both data sets were highlighted. In GPS, gaps and inhomogeneities in the time series were evidenced, as well as representativeness differences in coastal areas and regions of complex topography. In ERA-Interim, too strong trends in certain regions were found. ERA-Interim was also compared with other reanalyses (MERRA-2, ERA-20C, 20CR), and differences were found in the IWV trends over Africa, Australia, and Antarctica. Finally, GPS and ERA-Interim IWV were used to assess four configurations of the LMDZ atmospheric general circulation model with two different physics and with or without nudging towards ERA-Interim wind fields. Impact of the model physics on the IWV mean was found, with the new physics being moister at tropical latitudes. Overall, the model free runs in both physics have difficulty reproducing the trends and variability observed in ERA-Interim and GPS. This is improved with the nudging, which confirms the importance of large-scale dynamics on IWV trends and variability.
Author: Édouard Lees
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Les stations GNSS terrestres, du fait de leur précision et de leur faible coût, restent à ce jour le principal moyen d'observation de la vapeur d'eau à toutes les échelles spatio-temporelles. Ce gaz à effet de serre, qui module de manière importante la convection profonde dans les régions tropicales, est à l'origine de phénomènes extrêmes tels que sécheresses, inondations et cyclones tropicaux, auxquels le bassin sud de l'océan Indien est particulièrement vulnérable. Ce mémoire porte sur l'exploitation de mesures de vapeur d'eau par GNSS collectées dans l'océan Indien par un ensemble de stations du réseau mondial IGS et du réseau IOGA4MET, récemment déployé dans le cadre du programme de recherche ReNovRisk-Cyclones et Changement Climatique. La première partie de cette thèse rappelle la méthode de calcul de la colonne intégrée en vapeur d'eau par GNSS et présente une intercomparaison entre les mesures obtenues par les stations du réseau IGS et divers autres capteurs (satellites micro-ondes, radiosondages) disponibles dans le bassin sud de l'océan Indien. Ces mesures sont ensuite utilisées dans un second temps pour étudier la variabilité de la vapeur d'eau à différentes échelles spatio-temporelles. Les résultats obtenus montrent que la variabilité annuelle est très variable à l'échelle régionale et d'autant plus forte à mesure que l'on s'éloigne de l'équateur. À plus petite échelle, le cycle diurne de la vapeur d'eau apparaît fortement piloté par les interactions entre la dynamique atmosphérique de grande échelle et les circulations locales, notamment dans le cas d'îles tropicales telles que Madagascar et La Réunion.
Author: Karen Boniface
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La vapeur d'eau varie largement dans l'atmosphère avec des concentrations allant de la saturation dans les tropiques à des zones presque sèches au-dessus des zones continentales élevées. Une bonne connaissance du contenu en vapeur d'eau dans l'air est nécessaire pour la prévision des changements de phases, notamment les précipitations. La mesure de la variabilité de la vapeur d'eau est une lacune des systèmes d'observation. Par ailleurs, il est apparu que le positionnement précis des antennes GPS (Global Positionning System) était affecté par la variation de l'indice de réfraction dans la troposphère, ce qui rend particulièrement difficile l'estimation de la composante verticale. Cette variation est directement liée à la distribution des variables pression, température et humidité sur les trajets satellite-récepteur. On s'intéresse ici à l'étude des précipitations intenses et notamment aux épisodes Cévenols. Ce travail de thèse consiste dans un premier temps à vérifier la validité de la mesure GPS pour la quantification de la vapeur d'eau en la comparant avec des mesures issues de radiosondage et des sorties de modèle météorologique. On cherche à analyser si la quantification de vapeur d'eau par GPS permet de caractériser les forts événements précipitants (cumuls supérieurs à 150 mm) à l'aide d'observations conjointes sur les flux de surface. On étudie ensuite l'impact de l'assimilation de données GPS issues d'un réseau GPS dense sur la prévision des cumuls de pluies dans le modèle à haute-résolution (2.5 km) AROME. Finalement on évalue la qualité et l'apport de la mesure de vapeur d'eau par GPS en mer dans le cadre d'une campagne de mesure (VAPIMED)
Author: Soulivanh Thao
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La mesure du niveau de la mer par altimétrie satellitaire est perturbée par la présence de vapeur d'eau dans l'atmosphère. Un radiomètre micro-onde, sur les missions altimétriques, est chargé de corriger les mesures de ces perturbations. Les exigences quant à la qualité de cette correction, appelée correction troposphérique humide, sont particulièrement fortes pour l'étude des changements climatiques. Cette thèse a pour objet l'étude des corrections troposphériques humides utilisées dans le cadre des missions altimétriques Jason-1 et Envisat. L'objectif est de caractériser les incertitudes liées à la correction et d'identifier les potentielles anomalies présentes. L'étude faire ressortir une potentielle dérive dans l'étalonnage du radiomètre de la mission Jason-1 après 2008. Pour la mission Envisat, l'analyse met en avant des biais régionaux à l'approche des côtes. Ces derniers sont probablement liés au traitement de la donnée radiométrique.
Author: Rémi Meynadier
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Pages : 199
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La mousson d'Afrique de l'Ouest (MAO) représente un système climatique régional dont le cycle saisonnier est très marqué, notamment par l'humidité et les pluies de mousson et par la réponse de la végétation et des surfaces continentales. Les populations du Sahel dépendent de manière vitale de la régularité de ce système. Le cycle de l'eau est ainsi un élément primordial de la MAO et son étude est un objectif majeur de la campagne AMMA (Analyses Multidisciplinaires de la Mousson Africaine). Dans ce contexte, six stations GPS ont été installées le long du gradient climatique méridien d'Afrique de l'Ouest dès 2005. Cette thèse porte d'une part sur l'analyse de l'humidité atmosphérique à l'aide des données GPS et propose d'autre part une étude plus approfondie des bilans d'eau dans l'atmosphère, à l'aide de différents jeux de données élaborés à partir des produits de la campagne AMMA (observations et modélisation). L'analyse des séries temporelles GPS met en évidence une variabilité spatiale et temporelle de la vapeur d'eau (cycle saisonnier, variabilité intra-saisonnière avec des modes de 10-20 jours, échelle synoptique et cycle diurne) qui est reliée aux processus atmosphériques de la mousson. La précision de ces données permet également d'identifier des biais d'humidité dans les observations de radiosondages et de manière corrélée (via l'assimilation) dans les modèles de prévision météorologique. Une méthode est ensuite développée pour calculer des bilans d'eau intégrés verticalement à l'échelle de l'Afrique de l'Ouest à partir d'un jeu de données "hybride". Elle combine des estimations de pluies satellitaires, des simulations d'un ensemble de modèles de transfert sol-végétation-atmosphère (TSVA) tous forcés par les mêmes pluies et d'autres produits élaborés de qualité. L'analyse du fonctionnement du cycle hydrologique à l'interface surface-atmosphère à l'aide de ce nouveau jeu de données, permet de confirmer ou d'infirmer certaines hypothèses élaborées dans le passé mais surtout d'apporter un éclairage nouveau sur le cycle saisonnier et la variabilité interannuelle des bilans d'eau et d'énergie à la surface. Nous mettons notamment en évidence des relations entre les termes de ces bilans (convergence d'humidité, pluie, évaporation, ruissellement, humidité dans le sol, et le rayonnement net) distinctes suivant les échelles considérées. Ce jeu de données est ensuite utilisé comme référence pour évaluer les différents termes du bilan d'eau d'un ensemble de modèles météorologiques (ré-analyses, analyses opérationnelles et prévisions des modèles de Météo-France, ECMWF et NCEP). Des biais importants sont diagnostiqués dans les précipitations, les évaporations et la convergence d'humidité de ces modèles. Des hypothèses sont proposées quant à l'origine de ces biais (défauts dans les schémas de convection, dans l'initialisation de l'humidité des sols et dans les données assimilées, mais également des incertitudes de calcul). Pour certains modèles (p.ex. ECMWF), nous identifions une rétroaction de ces biais sur la circulation atmosphérique dans la région de la dépression Saharienne. Ce travail ouvre des perspectives d'améliorations du cycle de l'eau des modèles de prévision météorologique et fournit un jeu de données hybride potentiellement utile pour analyser les interactions des processus aux échelles inférieures (méso-échelle et synoptique).
Author: Fabien Carminati
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Pages : 207
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La tropopause tropicale est une région de l'atmosphère où l'abondance de vapeur d'eau (H2O) affecte le climat. Cette thèse examine le rôle de la convection profonde sur la variabilité de H2O dans cette région. En se basant sur les observations de l'instrument spatial Microwave Limb Sounder (MLS), je montre que la convection continentale impacte le cycle diurne de H2O par injection de cristaux de glace hydratant après sublimation cette région de l'atmosphère. Dans le cadre du projet TRO-pico, je présente aussi un cas d'étude en se focalisant sur le Sud du Brésil. J'analyse également la variabilité du monoxyde de carbone (CO) troposphérique grâce à l'Atmospheric InfraRed Sounder (AIRS). Cette étude est complétée par l'évaluation de la version 6 des inversions de AIRS et de la fusion de données combinant les observations de AIRS à celles du Tropospheric Emission Spectrometer (TES) et MLS. Je démontre ainsi la valeur ajoutée de ces produits pour des études liées à la qualité de l'air, la dynamique et le transport dans la haute troposphère-basse stratosphère.
Author: Jean-Pierre Chaboureau
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Languages : fr
Pages : 202
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CE TRAVAIL PORTE SUR LA DETERMINATION DE LA STRUCTURE TRIDIMENSIONNELLE DE LA VAPEUR D'EAU ATMOSPHERIQUE A PARTIR DES DONNEES SATELLITALES ET DE L'ANALYSE DE SA VARIABILITE. UNE PREMIERE PARTIE DU TRAVAIL CONSISTE A L'AMELIORATION DE LA QUALITE DE L'INTERPRETATION DE RADIANCES MESUREES PAR SATELLITE, EN METTANT AU POINT UNE METHODE NOUVELLE, APRES AVOIR CONSTATE L'INCAPACITE DES METHODES ANTERIEURES A DONNER DES RESULTATS SATISFAISANTS. LES DONNEES DU CONTENU DE L'ATMOSPHERE EN VAPEUR D'EAU OBTENUES SONT VALIDEES PAR COMPARAISON AVEC D'AUTRES MOYENS DE MESURE. CES RESULTATS PERMETTENT D'ETABLIR UNE CLIMATOLOGIE PERTINENTE DE LA STRUCTURE VERTICALE DE LA VAPEUR D'EAU DE L'ATMOSPHERE, SUR UNE PERIODE D'ENVIRON TRENTE MOIS. L'ENSEMBLE DES DONNEES VALIDEES EST UTILISE POUR ABORDER UNE PREMIERE ANALYSE GLOBALE DE LA DISTRIBUTION VERTICALE DU CONTENU EN VAPEUR D'EAU. UN INDICATEUR DE LA DYNAMIQUE VERTICALE EST CIRCONSCRIS. IL PERMET L'ETUDE DES INFLUENCES RELATIVES DE LA DYNAMIQUE VERTICALE ET DE LA TEMPERATURE DE SURFACE SUR LA DISTRIBUTION VERTICALE DE LA VAPEUR D'EAU
Author: Jean-Pierre Chaboureau
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CE TRAVAIL PORTE SUR LA DETERMINATION DE LA STRUCTURE TRIDIMENSIONNELLE DE LA VAPEUR D'EAU ATMOSPHERIQUE A PARTIR DES DONNEES SATELLITALES ET DE L'ANALYSE DE SA VARIABILITE. UNE PREMIERE PARTIE DU TRAVAIL CONSISTE A L'AMELIORATION DE LA QUALITE DE L'INTERPRETATION DE RADIANCES MESUREES PAR SATELLITE, EN METTANT AU POINT UNE METHODE NOUVELLE, APRES AVOIR CONSTATE L'INCAPACITE DES METHODES ANTERIEURES A DONNER DES RESULTATS SATISFAISANTS. LES DONNEES DU CONTENU DE L'ATMOSPHERE EN VAPEUR D'EAU OBTENUES SONT VALIDEES PAR COMPARAISON AVEC D'AUTRES MOYENS DE MESURE. CES RESULTATS PERMETTENT D'ETABLIR UNE CLIMATOLOGIE PERTINENTE DE LA STRUCTURE VERTICALE DE LA VAPEUR D'EAU DE L'ATMOSPHERE, SUR UNE PERIODE D'ENVIRON TRENTE MOIS. L'ENSEMBLE DES DONNEES VALIDEES EST UTILISE POUR ABORDER UNE PREMIERE ANALYSE GLOBALE DE LA DISTRIBUTION VERTICALE DU CONTENU EN VAPEUR D'EAU. UN INDICATEUR DE LA DYNAMIQUE VERTICALE EST CIRCONSCRIS. IL PERMET L'ETUDE DES INFLUENCES RELATIVES DE LA DYNAMIQUE VERTICALE ET DE LA TEMPERATURE DE SURFACE SUR LA DISTRIBUTION VERTICALE DE LA VAPEUR D'EAU
Author: SANDRINE.. BONY
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Languages : fr
Pages : 244
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Book Description
L'ESTIMATION DE LA SENSIBILITE DU CLIMAT A UN FORCAGE NATUREL OU ANTHROPOGENIQUE EST LIEE A NOTRE COMPREHENSION DES MECANISMES QUI REGULENT LES ECHANGES RADIATIFS ENTRE LA TERRE ET L'ESPACE. A L'AIDE D'OBSERVATIONS SATELLITAIRES ERBE (EARTH RADIATION BUDGET EXPERIMENT) ET SSM/I (SPECIAL SENSOR MICROWAVE IMAGER) ET DE MODELES NUMERIQUES DE SIMULATION DU CLIMAT (LE MODELE DU LMD ET LE MODELE ARPEGE DEVELOPPE PAR METEO-FRANCE), LES VARIATIONS SAISONNIERES DU BILAN RADIATIF TERRESTRE SONT ANALYSEES ET LE ROLE RESPECTIF DE LA TEMPERATURE, DE LA VAPEUR D'EAU ET DES NUAGES DANS CES VARIATIONS EST EXAMINE. LA CAPACITE DES MODELES DE CIRCULATION GENERALE A SIMULER LE CYCLE SAISONNIER DE LA VAPEUR D'EAU, DES FLUX RADIATIFS CIEL CLAIR ET DU FORCAGE RADIATIF DES NUAGES EST EVALUEE, ET LES MODELES SONT UTILISES EN RETOUR POUR INTERPRETER CERTAINES CARACTERISTIQUES OBSERVEES. CELA PERMET D'IDENTIFIER PLUS PRECISEMENT LES FACTEURS QUI MODULENT L'EFFET DE SERRE A L'ECHELLE SAISONNIERE, A L'ECHELLE INTERANNUELLE ET LORS DE SCENARIOS DE CHANGEMENT CLIMATIQUE. CETTE ETUDE MONTRE LE ROLE ESSENTIEL DE LA VARIABILITE DE LA STRUCTURE VERTICALE ATMOSPHERIQUE (EN PARTICULIER DU PROFIL D'HUMIDITE RELATIVE ET DU GRADIENT VERTICAL DE TEMPERATURE) DANS LES VARIATIONS OBSERVABLES DU CLIMAT AINSI QUE DANS SA SENSIBILITE GLOBALE, ET MONTRE LA NECESSITE DE BIEN DIFFERENCIER CES EFFETS DANS L'ANALYSE DE LA SENSIBILITE CLIMATIQUE A DIVERSES ECHELLES DE TEMPS. CETTE ETUDE SOULIGNE ENFIN L'IMPORTANCE DE LA VALIDATION DES VARIATIONS SAISONNIERES ET INTERANNUELLES DE LA STRUCTURE VERTICALE ATMOSPHERIQUE POUR L'APPLICATION DES MODELES DE SIMULATION DU CLIMAT A DES SCENARIOS FUTURS
Author: Cédric Champollion
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Languages : fr
Pages : 226
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Book Description
La vapeur d’eau joue un rôle majeur dans le fonctionnement climatique et météorologique de la Terre. C’est notamment une variable clé pour comprendre les phénomènes de convection à l’origine des précipitations intenses. Or les prévisions quantitatives des pluies ne s’améliorent pas depuis 20 ans parce que -entre autres - la mesure de la variabilité de la vapeur d’eau est une lacune des systèmes d’observations. La précision de la mesure du contenu intégrée en vapeur d’eau par le système GPS est démontrée depuis une dizaine d’années. La tomographie GPS permet aujourd'hui de restituer le champ 3D de vapeur d’eau. Ce mémoire présente la théorie (méthodes des moindres carrés et filtre de Kalman), la validation et les applications du logiciel LOFTT_K de tomographie troposphérique GPS développé pendant cette thèse. La tomographie a été validée grâce à des simulations, des modèles météorologiques et des mesures indépendantes. Elle a ensuite été utilisée pour comprendre les interactions petites échelles entre les dynamiques locales (les brises) et de mésoéchelle (le mistral). Le GPS météorologique a permis aussi de caractériser les variations d’humidité pendant les pluies cévenoles. Enfin la tomographie GPS régionale a mis en évidence un mécanisme de chargement en humidité de l’atmosphère avant l’initiation de la convection. A l’avenir, les données GPS seront assimilées dans les modèles opérationnels de prévision météorologique. Elles doivent aussi servir à approfondir la connaissance des relations entre les précipitations, la convection et la dynamique de la vapeur d’eau
