Comprendre le 6e rapport du GIEC - 3e volet

21/04/2022 18:00

Le numérique responsable

15/04/2022 12:30

(In)Justice climatique : éclairages apportés par le WGIII du GIEC

12/04/2022 18:00

Les imaginaires socio-discursifs du changement climatique dans la fiction et les médias

01/12/2023 12:30

Cette conférence sera animée par Ferenc Fodor, Docteur HDR en sciences du langage.

A unified shallow-deep mass-flux parametrization of convection based on a stochastic multicloud model to improve the simulation of tropical modes of variability

30/11/2023 11:00

Séminaire du LMD – Convection tropicale.

Macroeconomic modelling based on long historical series and its usefulness to forecast the energy transition

30/11/2023 11:00

Séminaire du LSCE.

Estimating methane sources and sinks in the Arctic using atmospheric data assimilation

13/01/2023 09:30

Résumé

L’Arctique est une région critique en terme de réchauffement climatique. Les changements environnementaux progressent déjà régulièrement aux hautes latitudes, ce qui accroît les émissions de méthane (CH₄). Le CH₄ étant un puissant gaz à effet de serre, des émissions supplémentaires provenant des régions arctiques pourraient intensifier le réchauffement climatique par une boucle de rétroaction positive. Diverses sources naturelles et anthropiques contribuent au bilan de CH₄ de l’Arctique, mais la quantification de ces émissions reste difficile.

Dans ce travail, une approche de modélisation inverse est utilisée pour estimer les sources et puits de CH₄ dans l’Arctique. L’objectif est de mieux comprendre et quantifier les émissions de CH₄ en étudiant leurs cycles saisonniers et leurs tendances au cours des dernières années. Le réseau d’observation actuel est analysé quant à sa capacité à contraindre correctement les sources de CH₄ et identifier les tendances émergentes de ces émissions.

Abstract

The Arctic is a critical region in terms of global warming. Environmental changes are already progressing steadily in high northern latitudes whereby, among other effects, a high potential of enhanced methane (CH₄) emissions is induced. With CH₄ being a potent greenhouse gas, additional emissions from Arctic regions may intensify global warming in the future by positive feedback. Various natural and anthropogenic sources are currently contributing to the Arctic’s CH₄ budget, however the quantification of those emissions remains challenging.

Therefore, in this work, an inverse modelling approach is applied to estimate CH₄ sources and sinks in the Arctic. The objectives are to better understand and quantify CH₄ emissions from various sources by studying their seasonal patterns and trends during recent years. Additionally, the current observation network is analysed regarding its capability to constrain CH₄ sources properly and identify emerging trends in CH₄ emissions.

Effet des fronts océaniques sur les communautés de plancton

16/12/2022 14:00

Les fronts océaniques sont des zones de transition entre des masses d’eaux aux propriétés physico-chimiques différentes qui sont associés à une circulation horizontale et verticale très dynamique. Des observations empiriques et des études de modélisation ont permis de montrer que l’apport vertical de
nutriments par la circulation cross-frontale stimule la production primaire et provoque l’augmentation de la biomasse d’un groupe de phytoplancton opportuniste, les diatomées, au niveau des fronts. Cependant les conséquences de cet apport de nutriments sur le reste de la communauté planctonique sont encore mal connues. Dans cette thèse, j’utilise à la fois des données empiriques et des simulations numériques pour caractériser l’effet des fronts sur l’ensemble de la communauté planctonique, incluant les autres groupes de phytoplancton (comme les cyanobactéries, les coccolithophores et les dinoflagellés) et le zooplancton.
Le modèle est une représentation simplifiée à haute résolution d’un courant de bord ouest (comme le Gulf Stream ou le Kuroshio) couplé au modèle d’écosystème DARWIN, qui inclut 30 types de phytoplancton répartis dans quatre groupes fonctionnels et 16 types de zooplancton. Les données empiriques ont été collectées dans la région de l’upwelling de Californie lors de transects à travers des fronts, et sont constituées de 24 groupes de plancton incluant des bactéries hétérotrophes, du phytoplancton et du zooplancton.

Je montre que la structure taxonomique et spatiale des communautés planctoniques frontales est extrêmement complexe, et qu’elle ne peut pas être expliquée uniquement par une augmentation de la croissance en réponse à l’apport de nutriments. A l’aide des simulations numériques, je montre que deux types d’interactions biotiques provoquent une diminution de la biomasse de certains groupes de phytoplancton dans les fronts : l’auto-ombrage, qui est une forme de compétition pour la lumière, et la
prédation partagée, qui est une forme de compétition indirecte entre deux proies partageant un prédateur commun. A l’aide des données in-situ, je mets en évidence deux caractéristiques des fronts qui étaient absentes des simulations numériques. Premièrement, l’échelle spatiale de l’organisation des communautés planctoniques à travers les fronts est beaucoup plus fine qu’on ne le pensait : les pics de biomasse des divers groupes de plancton sont très étroits et sont décalés de quelques kilomètres les uns par rapport aux autres. Ce résultat suggère que la structure des communautés planctoniques frontales est fortement influencée par des interactions biotiques et par le transport. Le rôle du transport sera exploré grâce à une collaboration sur les trajectoires Lagrangiennes des masses d’eau. Deuxièmement, les fronts ont un
effet spectaculaire sur certains organismes zooplanctoniques filtreurs qui ne sont pas représentés dans les modèles de plancton traditionnels, ce qui suggère que ces modèles devront être complexifiés afin de simuler correctement l’effet des fronts. Ainsi, les résultats que j’ai obtenus pendant cette thèse viennent
compléter et complexifier le modèle mécanistique établi lors de ces deux dernières décennies : loin d’être limités à la production de bloom de diatomées, les fronts sont le théâtre de couplages biophysiques complexes entre les interactions biotiques top-down et bottom-up et le transport par les courants qui génèrent
des communautés planctoniques à la structure taxonomique et spatiale originale. La modification de la structure des communautés planctoniques dans les fronts océaniques pourrait avoir des conséquences importantes sur les niveaux trophiques supérieurs et sur les flux biogéochimiques qui devront être précisées à l’avenir.

Development of a differential absorption lidar for remote sensing of water vapor and the isotopologue HDO

14/12/2022 14:00

Observations of stable water isotopologues in the atmosphere provide valuable insights into the condensation and evaporation history of water vapor. The provision of such data with sufficient vertical resolution in the lower troposphere (0–3 km) helps to improve our understanding of basic processes like cloud formation, moist convection and mixing, and offers the potential to increase the accuracy in the predictions made by atmospheric general circulation models. Despite the progress in remote sensing from the ground and from space, retrievals from passive sensors are prone to biases and lack the vertical resolution required for water cycle studies in the lower troposphere.

The aim of this thesis is to investigate an active remote sensing approach based on the differential absorption lidar (DIAL) method to measure both the water vapor main isotopologue H₂¹⁶O and the semi-heavy water isotopologue HD¹⁶O with high vertical and temporal resolution (100–200 m, 10 min). The
expected performance of such an instrument in terms of random and systematic errors was first analyzed
using simulations accounting for instrumental and atmospheric parameters. The theoretical analysis showed
that the spectral range around 1.98 μm is suitable for DIAL profiling of H₂¹⁶O and HD¹⁶O and that range-resolved measurements require a tunable laser in that wavelength range with pulse energies of tens of mJ.

To fulfill this requirement, a parametric laser source based on a nested-cavity optical parametric oscillator and an optical parametric amplification stage using state-of-the-art high-aperture (5×7mm2) periodically poled potassium titanyl phosphate (PPKTP) crystals was implemented. It delivers widely tunable (1.95–2.30 μm) single-frequency radiation with energies up to 9 mJ for 12 ns pulses at a repetition rate of 150Hz.

Using the developed laser source, DIAL measurements of H₂¹⁶O and HD¹⁶O in the atmospheric boundary layer were conducted in direct-detection mode in the frame of several measurement campaigns. It was show that with the developed lidar setup, isotopologue measurements with meaningful precision are limited to the first few hundred meters above the ground. To achieve measurements with range resolution and precision suitable for water cycle studies within the entire boundary layer, further instrumental improvements in terms of laser energy and reduced detection noise are necessary. For this purpose, a further step is proposed for the design and pre-development of a lidar setup capable of achieving a higher sensitivity thanks to an optimized double-stage amplification scheme for the laser transmitter that should allow to reach output energies > 40 mJ.