Atelier national sur les nuages polaires

24/06/2025 09:00

SIRTA / ICEO : Journée Scientifique 2025

24/06/2025 09:00

Evénement de clôture projet FAIR-EASE

12/06/2025 09:00

Geoinformatics Data Acquisition, Processing, Quality Assessment and Geological Prospects

20/10/2023 12:30

Kuo-jen Chang est Professeur à la Taipei University of Technology.

Impact of finescale currents on biogeochemical cycles in a changing ocean

20/10/2023 11:00

Marina Lévy, LOCEAN-IPSL.

Eddies and Linear Kinematic Features: How do they re-shape Sea-Ice Growth and ocean dynamics in the Arctic?

19/10/2023 11:00

Josue Martinez Moreno, Ifremer.

Boundary-layer processes impacting the surface energy balance in the Arctic

07/07/2022 14:00

The Arctic is warming at two to three times as fast as the rest of the Earth, and it is therefore a crucial area of study for atmospheric scientists. However, the logistical difficulty of leading measure campaigns at high latitudes means that some key boundary-layer processes are still poorly understood. This thesis aimed to gain insight on two characteristics of the Arctic boundary-layer (clouds and surface based temperature inversions) and to determine their impact on the surface energy balance through a combination of novel measurements and modelling.

First, a novel statistic of cloud frequency and characteristics over the Arctic sea-ice was derived from a set of 1777 lidar profiles obtained during the 5-year Ice, Atmosphere, Ocean Observation Systems (IAOOS) campaign. Clouds were found to occur more than 85% of the time from May to October and single cloud layers were optically and geometrically thickest in October, possibly linked to moisture intrusions in autumn. Total cloud radiative forcing over a typical summer cycle was estimated to be negative for optically thin clouds, but positive for optically thick clouds.

Second, the impact of wind speeds on the development of surface based temperature inversions (SBI) in the continental Arctic was investigated. The analysis of measurements from the pre-ALPACA winter 2019 campaign that took place in Fairbanks, Alaska, showed that a local, likely topographically driven flow developed under anticyclonic conditions. This flow inhibited the development of strong SBIs by sustaining significant turbulence even under very strong radiative cooling. A transitional wind speed between weakly and strongly stable regimes was evidenced; this was coherent with the predictions of Minimum Wind speed for Sustainable Turbulence (MWST) theory. The modelling of clear-sky surface layer temperature inversions and their dependence on wind speed was then studied, with a focus on forest areas. A 2-layer analytical model of the vegetated surface layer was developed. This model exhibited a slower decrease of the SBI strength with wind speed compared to a 1-layer model, which was shown to be coherent with observations at an Ameriflux site close to Fairbanks. These models were then compared to two WRF (Weather Research and Forecasting) surface layer schemes, which were found to place excessive limits on the turbulence, preventing the development of large temperature gradients. The Arctic boundary-layer has become an active field of research in recent years. In this context, modelling advances and numerous planned campaigns open many perspectives for furthering the work presented in this thesis.

Reconstruction multi-centenaire des variations d'indicateurs hydro-climatiques en Patagonie à partir de la composition isotopique des cernes d'Araucaria araucana

13/07/2022 14:00

Depuis une centaine d’années, la partie Ouest de l’Amérique du Sud, de l’Altiplano à la Patagonie du Nord, connait des périodes de sécheresse de plus en plus longues et de plus en plus fréquentes. Cette tendance doit se poursuivre d’après les modélisations climatiques. Or, on la soupçonne être en partie liée à l’expansion de la cellule atmosphérique de Hadley associée à une phase positive dominante de l’Oscillation Antarctique ces dernières décennies. L’objectif de ma thèse est de contribuer à améliorer la compréhension des processus responsables de cette évolution en reconstituant les variations hydro-climatiques passées en Patagonie du Nord. J’utilise pour cela la composition isotopique en carbone (δ¹³C) et en oxygène (δ¹⁸O) de la cellulose des cernes d’Araucaria araucana, une espèce endémique de Patagonie dont l’aire de répartition est comprise entre 37°20’S et 40°20’S. Plusieurs résultats se dégagent de cette étude.

Tout d’abord, j’ai montré que la composition isotopique de la cellulose des A. araucana reflète les conditions climatiques de la saison de croissance en cours tandis que les largeurs de cernes dépendent davantage des conditions climatiques de la saison de croissance précédente. La remobilisation des réserves n’intervient donc pas dans la fabrication des sucres utilisés pour produire les cernes. Puis j’ai montré que les variations du δ¹³C et le comportement physiologique des arbres sont liés à l’humidité du milieu dans lequel ils évoluent. Il existe donc une différence entre les arbres poussant à l’Ouest des Andes, où les précipitations sont abondantes, plutôt sensibles aux variations de luminosité, et ceux poussant à l’Est dans un environnement plus sec, plutôt sensibles aux variations d’humidité. Au cours de cette thèse, j’ai également mis en évidence le lien entre les variations de δ¹³C et de δ¹⁸O des cernes d’A. araucana évoluant dans un milieu sec, et celles de la température et de l’humidité, elles-mêmes contrôlées par l’Oscillation Antarctique et la position de la branche descendante de la cellule de Hadley.

Le fort potentiel du δ¹³C de la cellulose des cernes d’A. araucana à enregistrer les variations de température et d’aridité d’été permet de reconstituer les variations climatiques de Patagonie sur plusieurs siècles (315 ans) et met en avant une forte augmentation des températures maximales (+1°C) à la fin du XVIIIème siècle. A l’échelle régionale, les reconstructions climatiques révèlent une uniformisation des variations de température sur les dernières décennies, probablement en lien avec le changement climatique global qui devient le principal facteur de contrôle de la variabilité climatique. Le δ18O de la cellulose, contrôlé par les δ¹⁸O des précipitations et du sol, a lui aussi enregistré un changement climatique à la fin du XVIII^ème siècle qui serait imputable, du moins en partie, à l’Oscillation Antarctique. Les déplacements de la branche descendante de la cellule de Hadley semblent également enregistrés par le δ¹⁸O jusqu’au milieu des années 1990, date à laquelle la cellule se serait probablement trop étendue pour affecter les A. araucana à ces latitudes.

Ces outils isotopiques s’avèrent donc prometteurs pour mieux comprendre la variabilité spatio-temporelle des phénomènes qui touchent la Patagonie, notamment la contribution de la cellule de Hadley dans le changement global actuel du climat.

Mise à l'échelle des processus hydrologiques pour les modèles de surface continentale, de la modélisation 3D intégrée au modèle de réservoir : Application au bassin du Little Washita

08/07/2022 14:00

Le cycle de l’eau étant un élément moteur du climat, modéliser avec exactitude les différents flux hydrologiques continentaux constitue un enjeu majeur de la modélisation climatique. Ces flux sont modélisés au sein des modèles de surface continentale (nommés LSM) dont la résolution horizontale est de l’ordre de la centaine de kilomètres. À cette échelle, la représentation de l’hydrologie continentale est simplifiée : les écoulements latéraux sont conceptualisés au travers de réservoirs, et leur influence sur la distribution spatiale de la teneur en eau des sols est négligée. De telles simplifications introduisent des biais sur le calcul du flux évapotranspiratoire, ainsi que du débit en rivière. Un consensus est par conséquent observé au sein de la communauté scientifique sur le besoin d’améliorer la représentation de l’hydrologie dans les LSM.

Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse est de mettre en œuvre une démarche de mise à l’échelle des processus hydrologiques pour les LSM, allant de la modélisation 3D intégrée au modèle de réservoirs. Appliquée au bassin du Little Washita (Oklahoma, USA), cette démarche s’articule en trois étapes de réduction de dimensionnalité. En premier lieu, une simulation 3D de référence est conduite sur vingt années à l’aide d’un code intégré à base physique. Le modèle 3D est ensuite réduit à un modèle 2D de versant équivalent. Une troisième étape consiste en la réduction, au moyen d’hypothèses simplificatrices, du modèle 2D à un modèle conceptuel de réservoirs. Enfin, une simulation de colonne 1D est conduite à l’aide d’un LSM. Une comparaison avec le résultat du modèle conceptuel issu de la démarche de mise à l’échelle permet de dégager différentes pistes de développement de l’hydrologie des LSM.