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

Laser-based mass spectrometry in the planetary sciences: convergence of emerging priorities and enabling technologies

17/06/2025 11:30

Séminaire du LATMOS.

Big Data Assimilation Revolutionizing Numerical Weather Prediction Using Fugaku

13/06/2025 14:00

Séminaire du LMD.

Simulated climatologies of Northern Hemisphere blocking and storm tracks in AGCMs

12/06/2025 14:30

Séminaire du LMD à l’ENS.

Climate of the next million years: which scenarios for the future ?

03/02/2023 13:30

Résumé

Tandis que de nombreuses études s’intéressent à l’impact des émissions anthropiques de gaz à effet de serre sur le climat du prochain siècle, très peu s’intéressent aux impacts à plus grande échelle de temps, de plusieurs dizaines de milliers d’années jusqu’à un million d’années. Cependant, dû au long temps de résidence du CO₂ dans les enveloppes superficielles de la Terre, les émissions anthropiques actuelles vont impacter le climat bien au-delà du prochain siècle.

L’objectif de cette thèse est d’élargir le cadre des études actuelles sur le climat du prochain million d’années, en revisitant certaines des hypothèses classiquement faites. Les études existantes considèrent rarement une fonte partielle ou totale de la calotte Antarctique et supposent que les concentrations atmosphériques de CO₂ reviennent à la valeur préindustrielle au bout de centaines de milliers d’années, grâce à la rétroaction des silicates.

Dans cette étude, nous considérons les évolutions possibles de la calotte Antarctique. Plus précisément, j’ai étudié l’équilibre de la calotte Antarctique pour différents niveaux de CO₂ atmosphérique, en utilisant le modèle système terre de complexité intermédiaire iLOVECLIM, couplé au modèle de calotte Antarctique GRISLI. Pour cela, j’ai d’abord appliqué des niveaux de CO₂ croissants, jusqu’à ce que la calotte Antarctique fonde entièrement, puis j’ai appliqué des niveaux de CO₂ décroissants, jusqu’à ce que la calotte re-grossisse. Nos résultats montrent qu’il y a un fort effet d’hystérésis. Notre configuration permet de prendre en compte la rétroaction de l’albédo sur la fonte, et produit des transitions entre des états de l’Antarctique englacés ou désenglacés plus brutales que dans des études ne prenant pas en compte cette rétroaction. La limite en CO₂ conduisant à une glaciation ou déglaciation de l’Antarctique dépend de la configuration orbitale.

En parallèle, j’ai développé un modèle conceptuel pour le cycle du carbone géologique, qui comporte des équilibres multiples, ayant pour objectif de reproduire des cycles de plusieurs millions d’années dans le d13C, en cohérence avec les données. Ces éventuels équilibres multiples dans le cycle du carbone pourraient donner lieu à une évolution du CO₂ atmosphérique à long terme très différente de celle modélisée dans de précédentes études.

Enfin, nous discutons des implications de nos résultats sur une possible sortie du Quaternaire, avec non seulement une fin des glaciations de l’hémisphère Nord mais aussi une fonte totale de la calotte Antarctique.

Abstract

While many studies focus on the impacts of anthropogenic greenhouse gas on climate on the timescale of the next century, very few have investigated the impacts on a longer timescale, from tens of millennia to a million years. However, due to the long lifetime of CO₂ in Earth’s surface reservoirs, current anthropogenic emissions are expected to impact the climate on a much longer timescale than the coming century.
The objective of this thesis is to broaden the scope of existing studies on the climate of the next million years, by revisiting some of their classical hypotheses. Existing studies rarely consider a partial or total melt of the Antarctic ice sheet, and assume that atmospheric CO₂ concentrations come back to pre-industrial levels after hundreds of thousands years, due to silicate weathering.

In this study, we explore potential evolutions of the Antarctic ice sheet. More precisely, I have investigated the long term equilibrium of the Antarctic ice sheet under different CO₂ levels, using the Earth System model of intermediate complexity iLOVECLIM, coupled to the GRISLI Antarctic ice sheet model, by first applying increasing CO₂ levels until the Antarctic ice sheet retreats entirely, and then applying decreasing CO₂ levels until the ice sheet regrows. Our results show that the ice sheet exhibits a strong hysteresis behavior. Due to the inclusion of the albedo-melt feedback in our setup, the transition between a glaciated Antarctic ice sheet and an ice-free Antarctic and conversely is more brutal than in previous studies not including this feedback. The CO₂ threshold for both Antarctic glaciation and deglaciation varies with the orbital configuration.

Additionally, I have developed a conceptual model for the geological carbon cycle that includes multiple equilibria in order to reproduce multi million year cycles in the d13C that are coherent with the data. These potential multiple equilibria in the carbon cycle could lead to a widely different atmospheric CO₂ concentration evolution on long timescales, compared to existing studies.

Finally, we discuss the implications of our results on a potential end of the Quaternary in the future, with a disappearance of Northern Hemisphere glaciations, but also a disappearance of the Antarctic ice sheet.

IASI ammonia observations to study land-use change, soil – atmosphere exchange and the effect of meteorology

20/04/2023 14:00

L’ammoniac (NH₃) est la forme d’azote utilisable la plus abondante dans l’environnement et l’un des gaz principaux émis par l’agriculture. Le NH₃ contribue à la perte de biodiversité, aux épisodes de pollution par les particules fines (PM_2.5) et à l’acidification des surfaces d’eau et des sols. Depuis la révolution industrielle, les émissions d’ammoniac ont augmenté en continu, avec l’intensification de l’agriculture et de la demande alimentaire. Les concentrations atmosphériques devraient continuer à augmenter notamment à cause du réchauffement climatique.

Dans ma thèse, j’ai utilisé les mesures de la mission satellite IASI pour étudier l’évolution temporelle et spatiale de l’ammoniac dans différentes régions agricoles. J’ai d’abord étudié l’effet des fluctuations météorologiques sur les concentrations atmosphériques associées à différentes pratiques agricoles. Je me suis ensuite concentrée sur les échanges sol – atmosphère, pour dériver un facteur d’émission de NH₃, pendant la saison de croissance agricole en Europe.

Pour réaliser ces études, j’ai utilisé différents jeux de données : les données météorologiques provenant de la réanalyse (ERA5) de l’EUropean Organisation for the Exploitation of METeorological SATellites (ECMWF), la couverture terrestre et la surface brûlée provenant du sondeur MODIS embarqué Aqua et Terra satellites, et des données de simulation de modèle provenant du modèle de chimie-transport GEOS-Chem.

Enfin, j’ai étudié les fluctuations de l’ammoniac atmosphérique en Syrie, pour analyser l’impact du conflit sur les terres cultivées.

English

Ammonia (NH₃) is the most abundant usable form of nitrogen in the environment, and one of the main gases emitted from agriculture. NH₃ contributes to the loss in biodiversity, fine particulate matter (PM_2.5) pollution episodes, and acidification of the water and soil bodies.

Since the industrial revolution, ammonia emissions are constantly increasing, along with the increase in agricultural intensification and food demand. In my thesis I used measurements from the IASI mission to study the temporal and spatial evolution of ammonia in different agricultural regions.

I first studied the effect of meteorological fluctuations on atmospheric concentrations linked to agricultural practices. I then focused on the soil – atmosphere exchange to derive a soil emission factor of NH₃ during the growing season in Europe. To perform these studies, I used a variety of datasets: meteorological data from the EUropean Organisation for the Exploitation of METeorological SATellites (ECMWF) reanalysis (ERA5), land cover type and burned area from the sounder MODIS onboard the Aqua and Terra satellites, and model simulation data from the chemical-transport model GEOS-Chem.

Finally, I studied the fluctuations of atmospheric ammonia in Syria, to analyze the effect of conflict on agricultural activities.

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.