Journée de travail IPSL-CIRED

22/05/2025 09:30

Une expédition pour décrypter le cycle de l’eau en Antarctique

16/05/2025 12:30

Forum International de la Météo et du Climat 2025 / Journées pédagogiques et grand public

15/05/2025 09:30

Fontainebleau sous l'objectif

02/12/2024 18:00

Cycle de conférences sur l’agriculture et la biodiversité organisé par Cl’haie de Sol.

A New Theory for Heat Extremes in a Changing Climate

29/11/2024 14:00

Séminaire du LMD à l’ENS.

Climateurope2 : Standardisation of equitable climate services by supporting a community of practice

29/11/2024 11:00

TRACCS webinar.

The South Atlantic Ocean circulation and its variability at different scales

03/06/2022 10:30

The ocean, like the atmosphere, is a key component of the climate system redistributing heat from lower to higher latitudes. Also, it has absorbed the majority of the anthropogenic heat through its large heat capacity. The Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) is the main mechanism in how the ocean redistributes heat and other properties across this basin. The AMOC has historically received special attention in its northern basin due to its large contribution to the global circulation and influence over the climate in Europe and North America.
Over the last decade, the efforts to observe the global ocean and the South Atlantic have increased, as this basin has the unique characteristic to export heat to the northern hemisphere across the equator and connect the AMOC with the other ocean basins. This Ph.D. thesis aims to understand new insights from the South Atlantic Ocean circulation from a physical oceanography perspective, using the exponentially growing number of observations provided by the deployment of Argo floats, ship-based hydrography, and satellite observations. The study uses different new analyses applied to the ocean and to a recently released atmospheric reanalysis. The Ph.D. work has focused on three different aspects of the South Atlantic Circulation. In the first part, it has aimed to assess the meridional volume, freshwater, and heat (MHT) transports at 34.5°S in the South Atlantic in the first GO-SHIP hydrographic transect at this latitude that took place in January 2017. An upper and an abyssal overturning cell are identified with a strength of 15.64 ± 1.39 Sv and 2.4 ± 1.6 Sv, respectively. The net northward MHT is 0.27 ± 0.10 PW, increasing by 0.12 PW when we remove the observed mesoscale eddies with a climatology derived from the Argo floats data set. We attribute this change to an anomalous predominance of cold-core eddies during the cruise period. The zonal changes in water masses properties and velocity denote the imprint of exchange pathways with both the Southern and the Indian oceans. During the second part of the Ph.D., the analysis focused on the Brazil-Malvinas Confluence, which is the region where opposing and intense western boundary currents, major contributors of the AMOC, meet along the Southwestern Atlantic slope.
Based on shipborne observations combined with satellite data and an eddy tracking algorithm, we analyze the cross-shelf exchanges during May 2016. Two types of shelf water export were observed triggered by mesoscale dynamics: one was the export of shallow Rio de la Plata Plume waters driven o-shelf by the retroflection of the Brazil Current. An additional type of o-shelf transport consisted of a subsurface layer of Subantarctic Shelf Waters that subducted at the Confluence. We show that geostrophic currents derived from satellite altimetry over the slope can be useful to track this subsurface shelf-water export as they are significantly correlated with absolute velocity measurements at this depth. Moreover, Argo temperature and salinity profiles show evidence of these two types of shelf water export, suggesting this is a relatively frequent phenomenon. The last part of the study consisted of studying the natural coupled variability of ocean and atmosphere by applying the Multichannel Singular Spectrum Analysis (MSSA) to the ERA5 dataset. We identified prominent interannual oscillations of 12.8 and 5.3 year periods, characterized by a basinwide southwest-northeast anticlockwise propagation pattern. The novelty of these results relies on that MSSA allows characterizing the spatiotemporal evolution of the variability mode.

Analyse numérique à haute résolution de l'interaction surface-rivière-plaines d'inondation-atmosphère dans le bassin de La Plata Basin

26/04/2022 15:00

Les plaines d’inondation tropicales sont des régions inondées temporairement ou en permanence dû au débordement des rivières sur des zones de faible relief. Les plaines d’inondation peuvent avoir un régime annuel d’inondation prévisible ce qui en fait d’importants écosystèmes avec une riche biodiversité qui fournissent de nombreux services écologiques. Le Pantanal, l’une des plus grandes plaines d’inondation au monde, est la région d’étude de cette thèse. L’objectif est de développer un schéma de plaines d’inondation pour le modèle de surface ORCHIDEE compatible avec des modèles atmosphériques à haute résolution pour les raisons suivantes :

(1) pour améliorer la représentation de l’impact des plaines d’inondation sur les cycles de l’eau et de l’énergie dans ORCHIDEE,

(2) étudier la dynamique des plaines d’inondation du Pantanal

et (3) évaluer l’impact des plaines d’inondation sur les interactions sol-atmosphère sur cette région.

Dans un premier temps, la version originale à basse résolution des plaines d’inondation dans ORCHIDEE a été utilisée pour montrer l’importance d’inclure les plaines d’inondation dans les modèles de surface parce que cela améliore la représentation du cycle de l’eau et permet de représenter des flux plus réalistes entre la surface et l’atmosphère.

Le schéma de plaines d’inondation à haute résolution développé dans cette thèse est basé sur la construction d’un graphe de routage des rivières sur une grille atmosphérique utilisant des modèles numériques de terrain conditionnés hydrologiquement à haute résolution via le concept d’Unité de Transfert Hydrologique (HTUs). Un outil de pré-traitement flexible et parallélisé a été développé pour faciliter et améliorer la construction du graphe de routage des rivières sur différents types de grilles atmosphériques ce qui facilite l’intégration de données additionnelles qui sont requises pour la représentation des plaines d’inondation. Ce schéma doit faire face à de nouvelles problématiques liées à la résolution telles que la possibilité pour un HTU d’inonder ses voisins. Ce schéma a été validé en comparaison avec des observations et avec la version précédente dans ORCHIDEE.

La comparaison des simulations avec et sans plaines d’inondation forcées par des forçages atmosphériques à différentes résolution a permis d’évaluer :

(1) l’impact des plaines d’inondation sur les variables en surface

et (2) comment la résolution affecte la simulation de la dynamique des plaines d’inondation.

Le schéma des plaines d’inondation à haute résolution a été utilisé dans une simulation du modèle RegIPSL (modèle couplé entre ORCHIDEE et WRF) pour étudier comment celui-ci modifie les interactions surface atmosphère sur la région du Pantanal et comment il impacte localement ou à distance sur le climat d’Amérique du Sud.

La thèse a été réalisée en cotutelle entre l’Institut Polytechnique de Paris et l’université de Buenos Aires.

Étude de processus-clés de la couche limite nuageuse en Arctique

08/04/2022 14:00

L’étude de l’atmosphère arctique présente un intérêt scientifique grandissant, la température de sa surface augmentant deux à trois plus fois rapidement que dans le reste du monde. Par la modulation qu’ils exercent sur le rayonnement, les nuages apparaissent comme un élément crucial du bilan d’énergie du système océan-glace-atmosphère en Arctique. Pourtant, la formation et la persistance de ces nuages sont toujours mal représentées dans les modèles atmosphériques, de même que la couche limite où ils se forment et résident. Une meilleure compréhension des rétroactions entre les nuages et les surfaces de glace est cruciale pour analyser et prédire l’évolution du climat en Arctique.

Dans le cadre du projet innovant IAOOS (Ice Atmosphere arctic Ocean Obverving System), un système d’observation intégré à bord de bouées dérivant dans l’océan arctique a permis de collecter simultanément et en temps réel des informations relatives à l’état des couches supérieures de l’océan, de la basse atmosphère et de la glace de mer arctique. Une partie de ces observations a été effectué lors de la campagne de terrain N-ICE (Norwegian Young Ice Experiment) au nord du Svalbard en 2015. Ce jeu de données comporte un grand nombre d’observations météorologiques, radiatives et à la surface.  Les travaux menés dans le cadre de cette thèse visent à mieux quantifier les différents termes du bilan d’énergie à la surface dans des conditions environnementales et de surface variées et d’améliorer la représentation dans le modèle régional Polar-WRF des nuages dans la couche limite arctique.

Une première étude cherche à comprendre comment la représentation spatiale des mesures de flux radiatifs au-dessus l’océan Arctique peut être améliorée à partir de données lidar et d’observations satellitaires. Une analyse du bilan radiatif identifie des biais sur les flux LW et SW dans les données satellitaires classiques (CERES-EBAF et CERES-SYN) et les réanalyses (ERA-Interim et ERA5) liés à la température, l’albédo de la surface et la représentation des nuages. Une méthode innovante, reposant sur un modèle de transfert radiatif, a ensuite été développée pour estimer les flux LW et SW et l’épaisseur optique du nuage à partir des observations lidar obtenues sur les plateformes IAOOS.

Dans un second temps, l’intérêt est porté à la représentation de l’occurrence des nuages dans le modèle météorologique Polar-WRF, à l’influence des nuages et de l’albédo de la neige au-dessus de la banquise sur le bilan d’énergie et la stabilité de la couche limite, et au rôle de la couche limite sur la phase des nuages en Arctique. Des études de sensibilité du modèle Polar-WRF ont permis d’analyser l’effet du choix des schémas de couche de surface et de couche limite et d’estimer l’influence d’une modification de la paramétrisation de l’albédo de la neige sur trois périodes distinctes: l’hiver avec le passage de systèmes dépressionnaires, le printemps avant et pendant la fonte de la neige en surface. L’influence des résistances thermique et humide dans la couche de surface sur l’occurrence des nuages et le type d’hydrométéores qui les composent a finalement été étudiée. Cette méthodologie permet de hiérarchiser les processus dominants dans la fréquence d’occurrence des nuages, leurs propriétés optiques et leurs impacts radiatifs à la surface de la banquise, et d’esquisser des piste d’amélioration.