Étude de la vapeur d'eau atmosphérique à partir de données GNSS dans le bassin sud-ouest de l'océan Indien et applications à l'étude du climat et des cyclones tropicaux PDF Download
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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: 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: Damien Héron
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La couche de la tropopause tropicale (TTL, pour Tropical Tropopause Layer), entre 14 et 20 km d'altitude, joue un rôle clé dans la circulation générale puisqu'elle est le lieu d'entrée des masses d'air troposphériques dans la stratosphère (Holton et al., 1995). En raison de la condensation de la vapeur d'eau au niveau du minimum de température de la tropopause tropicale, l'air stratosphérique présente un très faible contenu en vapeur d'eau. Les modèles climatiques prédisent une augmentation de la concentration de vapeur d'eau dans la région de la TTL qui contribuerait à un réchauffement additionnel de 10% en surface (Dessler et al., 2013). Les modèles ont beaucoup de difficultés à modéliser les variations de vapeur d'eau dans la TTL à cause, entre autres, d'une mauvaise représentation de la convection tropicale qui contrôle en bonne partie le transport vertical de vapeur d'eau vers la TTL. La compréhension des effets de la convection tropicale profonde sur le contenu en vapeur d'eau et en ozone de la haute troposphère est approfondie dans cette thèse. Des mesures radiosondages (sondes SHADOZ et Météomodem-M10) entre 2013 et 2016 lâchés depuis l'île de la Réunion montrent qu'environ 20% des profils en été austral de l'île de La Réunion ont une signature distincte de détrainement convectif en haute troposphère (10-13 km). Les rétrotrajectoires du modèle lagrangien FLEXPART calculées pour les masses d'air marquées par la convection (forte humidité et faible ozone) montrent que le nord de Madagascar et du canal du Mozambique joue un rôle prédominant dans l'humidification de la haute troposphère au-dessus de l'île de la Réunion. Le sud-ouest de l'océan Indien, qui a une moyenne proche de 9 cyclones tropicaux par an, est le troisième bassin le plus actif du globe mais demeure sous observé/étudié. Dans cette thèse, le rôle des cyclones tropicaux sur l'humidification de la TTL au-dessus de l'océan Indien est mis en évidence. Des simulations méso-échelle à 2 km de résolution du cyclone Enawo (2017) réalisées avec le modèle Meso-NH ont montré qu'un cyclone tropical pouvait humidifier la basse stratosphère (17-19 km) de 45% (de 3,3 à 4,8 ppmv) sur un rayon de 500 km. L'étude se focalise en particulier sur une intrusion massive de vapeur d'eau lors de la formation de l'œil du cyclone. Le processus principal menant à l'humidification de la TTL vient de la sublimation de la glace injectée directement en TTL par le cyclone.
Author: REMY.. ROCA
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Pages : 211
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LA REPRESENTATION DE LA CONVECTION TROPICALE ET DE L'HUMIDITE DE LA TROPOSPHERE LIBRE SUBTROPICALE DANS LES MODELES DE CIRCULATION GENERALE EST EVALUEE A L'AIDE DES MESURES DE METEOSAT DANS LE CANAL VAPEUR D'EAU. LES MECANISMES QUI REGISSENT CERTAINS ASPECTS DE L'INTERACTION ENTRE LA CONVECTION ET LA VAPEUR D'EAU SONT ETUDIES. UNE APPROCHE DITE MODELE-VERS-SATELLITE EST DEVELOPPEE POUR COMPARER OBSERVATIONS ET MODELES. ELLE CONSISTE A SIMULER AVEC UN MODELE DE TRANSFERT RADIATIF LES TEMPERATURES DE BRILLANCE METEOSAT A PARTIR DES PROFILS DE TEMPERATURE, D'HUMIDITE ET DE NEBULOSITE DU MODELE. IL EST MONTRE QUE LE CODE DE TRANSFERT RADIATIF UTILISE PERMET DE REPRODUIRE LES OBSERVATIONS EN CIEL TOTAL AVEC UNE BONNE PRECISION. DES PROBLEMES LIES A L'ETALONNAGE DU CAPTEUR SONT CORRIGES POUR MINIMISER LES ERREURS METHODOLOGIQUES. LA METHODE EST APPLIQUEE A UN ENSEMBLE D'INTEGRATIONS DU MODELE DU LABORATOIRE DE METEOROLOGIE DYNAMIQUE. IL EST MONTRE QUE LA TROPOSPHERE SUBTROPICALE EST TROP HUMIDE PAR RAPPORT AUX OBSERVATIONS. CEPENDANT, LE MODELE REPRODUIT AVEC SUCCES LE FORT ASSECHEMENT OBSERVE AU COURS DU CYCLE SAISONNIER DE LA ZONE DE SUBSISDENCE A GRANDE ECHELLE DE L'ATLANTIQUE SUD. LES CHAMPS D'HUMIDITE CALCULES A L'AIDE D'UN MODELE SIMPLIFIE D'ADVECTION-CONDENSATION ET DE RETRO-TRAJECTOIRES SONT VALIDES GRACE AUX MESURES DE METEOSAT-3 ET -4. LE MODELE EST ENSUITE UTILISE POUR METTRE EN EVIDENCE L'IMPORTANCE DES TOURBILLONS TRANSITOIRES DE GRANDES ECHELLES DANS LA DISTRIBUTION D'HUMIDITE DE LA TROPOSPHERE SUBTROPICALE. LE FAIBLE ROLE DE L'EAU NUAGEUSE COMME SOURCE POUR LES SUBTROPIQUES EST AUSSI SOULIGNE. EN EXPLOITANT LES MESURES D'INSAT-1B DANS L'INFRAROUGE THERMIQUE, IL EST MONTRE QUE LES SYSTEMES CONVECTIFS QUI FORMENT LA ZCIT COUVRENT UN LARGE SPECTRE D'ECHELLE ALLANT DE 500 A UN MILLION KM2. LE ROLE DOMINANT DE LA CONVECTION ORGANISEE A MESO-ECHELLE DANS LE CLIMAT DE L'OCEAN INDIEN EST SOULIGNE.
Author: Samir Outalha
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Pages : 62
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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: Jean-Pierre Chaboureau
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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: 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: Sulaf Alkasm
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La vapeur d'eau atmosphérique est un élément important du cycle hydrologique. Ce gaz à effet de serre a des effets dominants sur le climat et sur le réchauffement climatique. Sa distribution est très variable à l'échelle mondiale et temporelle et ses mécanismes de répartition peu connue. Cette thèse porte d'une part sur l'étude de la colonne totale de vapeur d'eau au dessus de l'Observatoire de Haute Provence (OHP), mesurée avec les instruments SAOZ et Elodie depuis le sol, et avec les instruments embarqués sur satellite, GOME, GOME2 et SCHIAMACHY, et d'autre part sur la région côtière de la Méditerranée grâce aux données des mêmes satellites. L'analyse de ces données disponibles de 1995 à 2009 a permis leur validation, l'interprétation des champs de variabilités de la vapeur d'eau intégrant les mécanismes de distribution géographiques à l'échelle de l'OHP, ainsi que de leurs variations saisonnières et de leurs tendances à long terme au dessus de l'OHP et de la Méditerranée.
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.
