Mars : retours de missions

23/11/2024 16:00

Vers des climats inclusifs

20/11/2024 09:00

Peut-on contrôler les nuages ?

12/11/2024 18:30

Observation par satellite des nuages de glace perturbés

19/07/2023 14:00

L’exposé de Johannes Quaas combine des études sur les perturbations des nuages de glace en analysant les observations par satellite. The talk combines studies of perturbations to ice clouds by analysing satellite observations.

The art of climate model evaluation : example of ENSO

18/07/2023 11:00

Climate models help us understand the complexity of Earth’s climate, forecast the next seasons and predict the influence of anthropogenic forcings. It is therefore important to evaluate the performance of these models relative to observational datasets, to build confidence and to improve them.

Sea level extremes and compounding marine heatwaves in coastal Indonesia

18/07/2023 11:00

Low-lying island nations like Indonesia are vulnerable to sea level Height EXtremes (HEXs). When compounded by marine heatwaves, HEXs have larger ecological and societal impact. Here we combine observations with model simulations, to investigate the HEXs and Compound Height-Heat Extremes (CHHEXs) along the Indian Ocean coast of Indonesia in recent decades.

The Antarctic climate from an atmospheric point of view: modelling and water isotopes to improve reconstructions and projections

12/05/2025 14:00

The large Antarctic ice sheet is strongly connected to the Earth climate through the atmospheric circulation and water cycle. My research aims to better understand and model the processes involved in this water cycle, with two main areas of application: (i) improving reconstructions based on the isotopic signal of annually resolved firn cores and (ii) improving climate projections for the Antarctic ice sheet, in particular its contribution to sea level.

Understanding the climatic drivers of the water isotope signal measured in high-resolution firn cores requires a modelling chain comprising large-scale atmospheric water transport, air-snow exchanges and in-snow post-deposition processes. We recently leveraged newly deployed isotopic records in surface snow and water vapour in Antarctica to evaluate the isotope-enabled global atmospheric model LMDZiso. Then we used process decomposition to understand the origin of vapour isotopic variability in the model. Ongoing work aims at improving isotopic processes in snow and during air-snow exchanges. This is a fundamental step towards the use of water isotopes to constrain physical processes. It will also allow going to paleoclimate data assimilation with reduced uncertainties in the modelling chain.

Modelling the future of the Antarctic climate, including its surface mass balance, requires representing correctly both the large-scale circulation and the polar-specific processes at play. I designed specific metrics to evaluate the large-scale circulation of CMIP models in polar regions. I also developed diagnostics for evaluating the snow accumulation over the ice sheet, which I used to analyse and improve the estimation of the Antarctic surface mass balance. Then we focused on the improvement of polar processes in atmospheric models related to snow and boundary layer (albedo, densification, liquid water content, turbulence). Finally, we developed momentum budget decomposition to quantify the drivers of Antarctic surface winds.

I am pursuing the improvement of polar physics in the atmospheric model of IPSL, ICOLMDZiso, aiming at an integrated framework of the ocean-to-snow water cycle including water isotopes and coupling with ice sheet models.

Carbon cycle on fire - New insights in the carbon cycle of terrestrial ecosystems

11/04/2025 14:00

This document summaries my research for the past 18 years at the university of Zurich and the Ecole normale supérieure. It is based on three main concepts: a scientific view on the persistence of the organic matter in the ecosystems, a holistic approach on how to study plant-soil systems, and a general desire to study such complex systems with transdisciplinarity. In a nutshell, my main research questions are “how much” carbon is there is the terrestrial ecosystems, and “how fast” they transfer from one compartment to another. The main focusses of my work are the pyrogenic carbon and the root-derived carbon in the terrestrial ecosystems. The pyrogenic carbon is the remaining organic fraction of biomass after exposed to heat and fire. On this topic, I was particularly interested in the method to describe it quantitatively and qualitatively, its amount in the ecosystems, at local and global scales, as well as the mechanisms describing its distribution. I also worked on a nature based solution related to this pyrogenic carbon, namely the biochar. Regarding the plant-soil systems and the focus on root-derived carbon, I am interested in how this carbon can be studied from different time and space perspectives, with a focus on the quantity of carbon that flows through the roots and the rhizosphere during the life of the plant, and during its decomposition later on. During these studies, I came across the observation that the effect of roots on the native soil organic matter may be as important as the root-derived carbon itself. This work is globally a playdoyer for experimental science, associated to other disciplines, to study ecosystem complexity.

Impact du transport à longue distance des panaches de feux de biomasse sur la pollution régionale observé par satellite (IASI)

01/04/2025 10:00

Les incendies de forêt sont responsables d’importantes émissions de gaz à effet de serre, de polluants gazeux et d’aérosols, qui contribuent au forçage radiatif et à la pollution atmosphérique. Bien que des politiques volontaristes de suppression des incendies aient réduit leur occurrence dans l’hémisphère nord (HN), le nombre d’incendies extrêmes a augmenté ces dernières années. Outre les effets régionaux sur la qualité de l’air, les grands panaches de fumée émis par les incendies de forêt les plus graves peuvent être transportés sur de longues distances, impactant ainsi la qualité de l’air à l’échelle continentale ou intercontinentale. Les biomes de l’HN sont particulièrement sensibles aux conditions hydrométéorologiques et donc aux effets du changement climatique sur les superficies brûlées. Les incendies les plus intenses des deux dernières décennies sont observés en Amérique du Nord et dans les régions boréales d’Asie.

Dans cette thèse, j’étudie l’impact des feux sur la composition atmosphérique dans l’hémisphère nord et son évolution au cours des dernières décennies grâce aux observations satellitaires.

L’analyse entre juin et octobre pour la période 2008-2023 des données fournies par les instruments IASI et MODIS montre que les incendies de grande intensité influencent fortement les niveaux de monoxyde de carbone (CO) et d’aérosols (AOD) dans l’HN. Ainsi, les colonnes totales de CO observées par IASI entre juin et octobre se sont révélées fortement corrélées aux surfaces brûlées. Une méthode de détection des panaches extrêmes observés par IASI a été développée, révélant une corrélation significative entre le nombre total de jours avec un panache de CO détecté en juin-octobre et la surface brûlée totale aux latitudes supérieures à 30°N, à l’exclusion de l’ouest des régions d’Asie centrale et boréale (r=0.83). Dans les régions boréales d’Asie de l’Est et dans les régions boréales et tempérées d’Amérique du Nord. j’observe une augmentation de +16% à +37% des superficies brûlées entre juin et octobre lors des années récentes (2017-2023) par rapport à 2008-2023, accompagnée d’une hausse des niveaux moyens et extrêmes de CO et d’AOD. En Amérique du Nord, le nombre de jours avec des panaches de CO a augmenté de +51% à +65%, et ceux avec des panaches CO-aérosols de +73% à +100%. En Europe, bien que les surfaces brûlées aient diminué de 28%, le transport à longue distance des panaches a conduit à une hausse des extrêmes de CO et d’AOD. L’Atlantique, sur la trajectoire des panaches, est également affecté. J’observe ainsi une augmentation du nombre de jours avec un panache de CO de +82% au-dessus de l’Atlantique et +64% au-dessus de l’Europe. Je montre que l’augmentation de l’étendue des panaches, provoquée par une fréquence et une étendue géographique par panache plus importantes, contrôle très majoritairement l’augmentation observée des valeurs moyennes de CO et de PAN.

J’ai développé un algorithme basé sur les observations IASI de CO et de PAN pour déterminer les trajectoires des panaches et estimer leur origine la plus probable. Il en ressort que 51% des panaches extrêmes observés entre juin et octobre sur la période 2008-2023 proviennent des régions boréales d’Asie de l’Est et d’Amérique du Nord, avec une hausse de +28% à +47% du nombre de trajectoires issues de ces régions entre 2017 et 2023. L’Europe est principalement affectée par des panaches venant d’Amérique du Nord (45%), d’Afrique du Nord (28%) et du Moyen-Orient (21%), avec une augmentation de +40% à +61% des panaches provenant d’Amérique du Nord.

Enfin, je montre que l’utilisation conjointe des méthodes de détection de panaches, des observations CALIOP de la distribution verticale des aérosols et des observations IASI de multiples composés chimiques permet de caractériser les altitudes d’injection des panaches et d’étudier la chimie des panaches au cours du transport en fonction de leur altitude.