Relation Convection-Environnement dans la troposphère tropicale PDF Download
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Author: Thomas Garot
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Languages : fr
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Book Description
La complexité du climat repose en grande partie sur le cycle de l'eau. Dans les tropiques,l'eau atmosphérique est un paramètre clef,60% des précipitations globales ont lieu dans lestropiques. La compréhension du cycle de l'eau atmosphérique à l'échelle globale passe par l'utilisation d'observations satellites. Le satellite franco indien Megha-Tropiques, lancé en 2011, permet d'étudier pour la première fois des observations simultanées de l'humidité et de la pluie. La première partie de la thèse consiste en l'étude de l'impact d'un cyclone sur son environnement. Pour cela, un cas d'étude a été sélectionné (typhon Bopha) et undiagnostique a été réalisé pour étudier la production/ consommation d'humidité et de chaleur dans le typhon. La seconde partie de la thèse consiste en l'étude des relations entre les nuages et l'humidité dans la haute troposphère. Cette étude est réalisée au-dessus de l'océan Indien (entre 2011 et 2014) et au-dessus du Sahel (entre 2012 et 2015).
Author: Thomas Garot
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La complexité du climat repose en grande partie sur le cycle de l'eau. Dans les tropiques,l'eau atmosphérique est un paramètre clef,60% des précipitations globales ont lieu dans lestropiques. La compréhension du cycle de l'eau atmosphérique à l'échelle globale passe par l'utilisation d'observations satellites. Le satellite franco indien Megha-Tropiques, lancé en 2011, permet d'étudier pour la première fois des observations simultanées de l'humidité et de la pluie. La première partie de la thèse consiste en l'étude de l'impact d'un cyclone sur son environnement. Pour cela, un cas d'étude a été sélectionné (typhon Bopha) et undiagnostique a été réalisé pour étudier la production/ consommation d'humidité et de chaleur dans le typhon. La seconde partie de la thèse consiste en l'étude des relations entre les nuages et l'humidité dans la haute troposphère. Cette étude est réalisée au-dessus de l'océan Indien (entre 2011 et 2014) et au-dessus du Sahel (entre 2012 et 2015).
Author: Kathleen Anne Schiro
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Languages : en
Pages : 148
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Book Description
Constraining precipitation processes in climate models with observations is crucial to accurately simulating current climate and reducing uncertainties in future projections. This work presents robust relationships between tropical deep convection, column-integrated water vapor (CWV), and other thermodynamic quantities analyzed with data from the DOE Atmospheric Radiation Measurement (ARM) Mobile Facility in Manacapuru, Brazil as part of the GOAmazon campaign and are directly compared to such relationships at DOE ARM sites in the tropical western Pacific. A robust relationship between CWV and precipitation, as explained by variability in lower tropospheric humidity, exists just as strongly in a tropical continental region as it does in a tropical oceanic region. Given sufficient mixing in the lower troposphere, higher CWV generally results in greater plume buoyancies through a deep convective layer. Although sensitivity of convection to other controls is suggested, such as microphysical processes and dynamical lifting mechanisms, the increase in buoyancy with CWV is consistent with the sharp increase in precipitation observed. Entraining plume buoyancy calculations confirm that CWV is a good proxy for the conditional instability of the environment, yet differences in convective onset as a function of CWV exist over land and ocean, as well as seasonally and diurnally over land. This is largely due to variability in the contribution of lower tropospheric humidity to the total column moisture. Over land, the relationship between deep convection and lower free tropospheric moisture is robust across all seasons and times of day, whereas the relation to boundary layer moisture is robust for the daytime only. Using S-Band radar, these transition statistics are examined separately for unorganized and mesoscale-organized convection, which exhibit sharp increases in probability of occurrence with increasing moisture throughout the column, particularly in the lower free troposphere. An observational basis for an integrated buoyancy measure from a single plume buoyancy formulation that provides a strong relation to precipitation can be useful for constraining convective parameterizations. A mixing scheme corresponding to deep inflow of environmental air into a plume that grows with height provides a weighting of boundary layer and free tropospheric air that yields buoyancies consistent with the observed onset of deep convection across seasons and times of day, across land and ocean sites, and for all convection types. This provides a substantial improvement relative to more traditional constant mixing assumptions, and a dramatic improvement relative to no mixing. Furthermore, it provides relationships that are as strong or stronger for mesoscale-organized convection as for unorganized convection. Downdrafts and their associated parameters are poorly constrained in models, as physical and microphysical processes of leading order importance are difficult to observe with sufficient frequency for development of robust statistics. Downdrafts and cold pool characteristics for mesoscale convective systems (MCSs) and isolated, unorganized deep precipitating convection in the Amazon are composited and both exhibit similar signatures in wind speed, surface fluxes, surface equivalent potential temperature () and precipitation. For both MCSs and unorganized convection, downdrafts associated with the strongest modifications to surface thermodynamics have increasing probability of occurrence with decreasing height through the lowest 4 km and show similar mean downdraft magnitudes with height. If is approximately conserved following descent, a large fraction of the air reaching the surface likely originates at altitudes in the lowest 2 km. Mixing computations suggest that, on average, air originating at heights greater than 3 km would require substantial mixing, particularly in the case of isolated cells, to match the observed cold pool . Statistics from two years of surface meteorological data at the GOAmazon site and 15 years of data at the DOE ARM site on Manus Island in the tropical western Pacific show that conditioned on precipitation levels off with increasing precipitation rate, bounded by the maximum difference between surface and its minimum in the profile aloft. Robustness of these statistics observed across scales and regions suggests their potential use as model diagnostic tools for the improvement of downdraft parameterizations in climate models.
Author: Katrina S. Virts
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Category : Convection (Meteorology)
Languages : en
Pages : 126
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Deep convection is a major heat source in the tropical atmosphere, driving circulation cells that are an important aspect of Earth's climate. The environmental conditions that modulate the occurrence of lightning, which is associated with vigorous convection, are examined using observations from WWLLN, a ground-based lightning network. Diurnal lightning climatologies illustrate the interplay between sea breezes, mountain-valley wind regimes, and remotely forced gravity waves in touching off thunderstorms in a wide variety of geographical settings. Over the Maritime Continent, 850-hPa wind speed and area-averaged cloudiness are shown to be inversely related to day-to-day lightning frequency over land. Both lightning and rainfall, which is observed by the TRMM satellite, are suppressed windward of, and enhanced leeward of mountain ranges. These relationships are also observed during the active and break periods of the intraseasonal Madden-Julian Oscillation (MJO). The relationship between lightning and nitrogen oxide radicals, which are associated with ozone production, over the Maritime Continent is examined based on WWLLN observations and tropospheric NO2 data from the GOME-2 satellite. Composites of the daily NO2 regressed onto lightning frequency reveal a plume of enhanced NO2 following a day of enhanced lightning. Lightning and NO2 also vary coherently with the MJO, with variations of up to ~50% of the annual mean. MJO-related deep convection induces planetary-scale Kelvin and Rossby waves in the stably stratified tropical tropopause transition layer (TTL). The structure of these waves is investigated using satellite observations from COSMIC, CALIPSO, and MLS, as well as ERA-Interim wind and humidity fields. Regions of ascent in the planetary waves are associated with anomalously low temperatures, high radiative heating rates, enhanced cirrus occurrence, and high carbon monoxide and low ozone concentrations. Low water vapor concentrations lag the low temperature anomalies by ~1-2 weeks. Anomalies in each field tilt eastward with height in the TTL and propagate downward from the lower stratosphere to the upper troposphere. As the Kelvin wave front propagates eastward across equatorial South America and Africa, equatorially-symmetric, anomalously low temperature and water vapor mixing ratio and enhanced TTL cirrus are observed above ~100 hPa in the zonal-mean.
Author: Wuyin Lin
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Category : Tropics
Languages : en
Pages : 206
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Author: Isabelle Tobin
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Languages : fr
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La convection profonde, phénomène à l'origine des orages, est un mécanisme clef dans les échanges d'eau et d'énergie du système climatique. Dans les Tropiques, ce phénomène s'organise sur une vaste gamme d'échelles spatio-temporelles, de la méso-échelle à l'échelle planétaire. L'objectif de cette thèse est de contribuer à la compréhension du rôle de cette organisation dans le système climatique. Des simulations idéalisées haute résolution de champs de nuages convectifs ont suggéré l'existence de relations entre l'état d'agrégation de la convection et l'atmosphère à grande-échelle. Afin de confronter ces résultats à la réalité, une méthodologie de diagnostic du degré d'agrégation de la convection a été développée pour examiner les relations statistiques entre l'état d'agrégation de la convection et l'état atmosphérique moyen à partir d'observations spatiales au-dessus des océans tropicaux. Nous avons montré à l'échelle synoptique et à méso-échelle que, lorsque la convection est agrégée, l'atmosphère est plus sèche, la nébulosité réduite, les flux radiatifs ondes longues au sommet de l'atmosphère plus intenses, le flux solaire réfléchi plus faible que lorsque la convection est dispersée. A l'échelle synoptique, la convection agrégée est également associée à des flux turbulents de surface renforcés. Ces résultats suggèrent que l'état d'agrégation module les interactions entre la convection et l'atmosphère de grande-échelle. Une représentation déficiente des états d'agrégation de la convection et des effets associés dans les modèles de circulation générale pourrait alors affecter les performances de modélisation et de la prévision du climat.
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Languages : en
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Author: Hugo Bellenger
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Category :
Languages : fr
Pages : 206
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Dans les tropiques, la convection atmosphérique est fortement modulée à l’échelle intrasaisonnière (périodes de 20 à 90 jours). L’océan jouerait un rôle important dans l’activité atmosphérique à cette échelle. Les variations de Températures de Surface de l’Océan (TSO) perturberaient en effet les flux de surface et déstabiliseraient l’atmosphère pour déclencher un événement convectif organisé à grande échelle. La réponse dynamique associée permettrait alors l’entretien de la convection à l’échelle intrasaisonnière par augmentation des flux de chaleur à la surface. Ces perturbations de TSO sont principalement liées aux perturbations de la température de la couche de mélange et dépendent donc, comme l’énergie disponible pour l’entretien de la convection, de la profondeur de cette dernière. Les résultats d’observations, présentés ici, étayent cette conception thermodynamique de l’origine de la variabilité intrasaisonnière qui permet d’expliquer son lien climatologique avec le cycle saisonnier des moussons. L’impact des perturbations intrasaisonnières de la TSO sur l’organisation des événements convectifs est ensuite étudié au moyen de simulations effectuées avec le modèle de climat LMDZ. Une part importante de la variabilité intrasaisonnière de la TSO est de plus liée à la formation de Couches de Réchauffement Diurne comme le montre le diagnostic effectué à partir d’un algorithme simple forcé par les données ERA-40. La validation de cette démarche au moyen des mesures du réseau global de bouées SVP autorise l’inclusion de cet algorithme dans LMDZ. On vérifie enfin la capacité du modèle à reproduire des CRD réalistes avant de discuter leur effet sur la variabilité intrasaisonnière simulée.
Author: Damien Héron
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Languages : fr
Pages : 0
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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:
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ISBN:
Category : Aeronautics
Languages : en
Pages : 826
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Author:
Publisher:
ISBN:
Category : Physics
Languages : en
Pages : 1118
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