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.

A numerical approach to understanding rates of ice sheet build-up during the Quaternary

05/03/2025 14:00

A numerical approach to understanding rates of ice sheet build-up during the Quaternary

During the Quaternary (since 2.6 Ma), ice sheets experience different advance-retreat episodes corresponding to glacial-interglacial cycles. Studying these episodic events provides a better understanding of the mechanisms behind the Earth’s evolution, improving the future projection for the current global warming.

Simulating ice sheet-climate interactions for long timescales requires numerical modeling approaches that sufficiently represent the real system while maintaining low computational costs. In the first part of this thesis, I utilize an Earth System of Intermediate Complexity (iLOVECLIM) coupled to the 3D ice sheet model GRISLI to simulate the abrupt ice sheet advance during the beginning of the last glacial cycle (120-115 kaBP). The results indicate glacial inceptions cannot be explained solely by the astronomical theory (the influence of orbital forcings). The roles of the biosphere and ocean through different feedback mechanisms must be included to explain the location and extent of ice sheet advance. Also, an appropriate simulation of the ice sheet accumulation process is essential to obtain results consistent with the paleo records.

In the second part of the thesis, I investigate the behaviors of a multi-layer snow model BESSI to provide a more physics-based surface mass balance (SMB) simulation for iLOVECLIM-GRISLI. The snow model exhibits good results compared to a state-of-the-art Regional Climate Model MAR for the present-day climate under different ice sheet conditions. For the Last Interglacial (130-116 kaBP), BESSI forced by iLOVECLIM shows higher sensitivity to the climate forcings than the existing SMB parameterization of iLOVECLIM-GRISLI. Additionally, the SMB evolution simulated by BESSI-iLOVECLIM is also in an acceptable range compared to other studies. However, since this snow model is more physics-based than the existing parameterization, the influence of biases of iLOVECLIM is more significant for BESSI, hampering its performance. With further work to come on bias correction and the coupling method, my study paves the way for the use of BESSI in the coupling between the iLOVECLIM climate model and the GRISLI ice sheet model.

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Une approche numérique pour comprendre les vitesses d’englacement du Quaternaire

Au cours du Quaternaire (depuis 2.6 Ma), les calottes glaciaires connaissent différents épisodes d’avancée-retrait correspondant aux cycles glaciaires-interglaciaires. L’étude de ces événements épisodiques permet de mieux comprendre les mécanismes à l’origine de l’évolution de la Terre et d’améliorer les prévisions dans le contexte du réchauffement climatique actuel.

La simulation des interactions entre les calottes polaires et le climat sur des échelles de temps aussi longues nécessite des approches de modélisation numérique qui représentent suffisamment le système réel tout en maintenant des coûts de calcul faibles. Dans la première partie de cette thèse, j’utilise un modèle système terre système terrestre de complexité intermédiaire (iLOVECLIM) couplé au modèle 3D de calotte polaires GRISLI pour simuler l’avancée abrupte de la calotte glaciaire au début du dernier cycle glaciaire (120-115 kaBP). Les résultats indiquent que les débuts de glaciation ne peuvent pas être expliqués uniquement par la théorie astronomique (en résponse aux forçages orbitaux). Les rôles de la biosphère et de l’océan par le biais de différents mécanismes de rétroaction doivent être inclus pour expliquer la localisation et l’étendue de l’avancée de la calotte glaciaire. De plus, une simulation appropriée du processus d’accumulation de la calotte glaciaire est essentielle pour obtenir des résultats corrects.

Dans la deuxième partie de la thèse, j’étudie les comportements d’un modèle de neige multicouche BESSI afin de fournir une simulation de bilan de masse de surface (SMB) davantage basée sur la physique pour iLOVECLIM-GRISLI. Le modèle de neige présente de bons résultats par rapport à un modèle climatique régional MAR de pointe pour le climat actuel dans différentes conditions de calotte glaciaire. Pour le dernier interglaciaire (130-116 kaBP), BESSI forcé par iLOVECLIM montre une plus grande sensibilité aux forçages climatiques que la paramétrisation SMB existante d’iLOVECLIM-GRISLI. En outre, l’évolution du SMB simulée par BESSI-iLOVECLIM se situe également dans une fourchette acceptable par rapport à d’autres études. Cependant, comme ce modèle de neige est davantage fondé sur la physique que la paramétrisation existante, l’influence des biais d’iLOVECLIM est plus importante pour BESSI, ce qui nuit à ses performances. Moyennant des travaux à venir sur la correction de biais et la méthode de couplage, mon étude ouvre la voie à l’utilisation de BESSI dans le cadre du couplage entre le modèle de climat iLOVECLIM et le modèle de calottes glaciaires GRISLI.

Local wintertime Arctic air pollution

07/03/2025 10:00

English

In recent years there has been an increased drive to understand local sources of air pollution in the Arctic. The Fairbanks area in interior Alaska (United States) is representative of an Arctic area subject to severe wintertime pollution episodes, when extremely cold temperatures drive high emission demands. Moreover, limited solar radiation, strong surface radiative cooling and orographic features promote stable meteorological conditions in the wintertime atmospheric boundary layer (ABL) that trap air pollutants. This thesis uses the Lagrangian FLEXPART-WRF model, including detailed surface and elevated power plant emissions, to investigate the dispersion of local air pollutants in the Fairbanks area. Ground-based and vertical profile observations from the ALPACA-2022 field campaign are used for model validation. The results reveal the importance of accounting for boundary layer stability to improve the simulation of power plant plumes aloft. A cold-temperature dependence for NO_x (NO + NO₂) emissions from diesel vehicles is required to reduce large negative biases in simulated surface NO_x concentrations. Positive model biases in surface SO₂ are markedly driven by the modelled vertical mixing of space heating emissions. Power plant contributions to surface pollution range between 0.3-2.7 ppb SO₂ and 0.6 to 6.4 ppb NO_x on average at breathing level (0-10 m), mainly from power plants with short stacks (< 30 m). These results emphasize the need for improved local emission inventories in cold winter environments and improved simulation of Arctic wintertime boundary layer meteorology, especially since local Arctic emissions are expected to increase in line with future Arctic development and warming.

 

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Français

Depuis quelques années, les sources locales de pollution de l’air dans l’Arctique sont de plus en plus étudiées. La région de Fairbanks, en l’Alaska (États-Unis), est représentative d’une zone arctique sujette à des épisodes intenses de pollution hivernale, lorsque des températures extrêmement basses entraînent de fortes d’émissions. De plus, le rayonnement solaire limité, le refroidissement radiatif important de la surface et les caractéristiques orographiques favorisent des conditions météorologiques stables dans la couche limite atmosphérique (ABL) en hiver, qui piègent les polluants atmosphériques. Cette thèse utilise le modèle lagrangien FLEXPART-WRF, y compris les émissions détaillées des centrales électriques en surface et en altitude, pour étudier la dispersion des polluants atmosphériques locaux dans la région de Fairbanks. Les observations au sol et les profils verticaux de la campagne de terrain ALPACA-2022 sont utilisés pour la validation du modèle. Les résultats révèlent l’importance de la prise en compte de la stabilité de la couche limite pour améliorer la simulation des panaches de centrales électriques en altitude. Une prise en compte de la température froide pour les émissions de NO_x (NO + NO₂) des véhicules diesel est nécessaire pour réduire les biais négatifs importants dans les concentrations simulées de NO_x en surface. Les biais positifs du modèle en ce qui concerne le SO₂ de surface sont nettement induits par le mélange vertical modélisé des émissions de chauffage des locaux. Les contributions des centrales électriques à la pollution de surface représentent entre 0,3 et 2,7 ppb de SO₂ et entre 0,6 et 6,4 ppb de NO_x en moyenne au niveau de la respiration (0-10 m), principalement à partir de centrales électriques équipées de cheminées courtes (< 30 m). Ces résultats soulignent la nécessité d’améliorer les inventaires d’émissions locales dans les environnements arctiques ainsi que la simulation de la météorologie de la couche limite hivernale arctique, d’autant plus que les émissions locales devraient augmenter avec le développement futur de la région et avec son réchauffement.

Impacts de la dégradation de la cryosphère sur Mars et en Arctique

19/02/2025 14:00

Mes recherches se focalisent sur l’étude de la cryosphère de Mars et de la dynamique du pergélisol en Arctique. Sur Mars, je me suis concentré sur l’analyse des plaines nord où j’ai co-dirigé un projet européen de cartographie de modelés glaciaires et périglaciaires reconstituant leur histoire climatique récente. En utilisant des données de télédétection, associées à des études de terrain en Arctique, mes travaux ont révélé un pergélisol riche en glace (>50% de glace en volume) similaire à l’Arctique. Ce pergélisol a été fortement dégradé ultérieurement par sublimation.

En Arctique, mes travaux s’intéressent aux impacts du dégel du pergélisol riche en glace en Sibérie et au Canada. Le dégel du pergélisol provoque la formation rapide de lacs thermokarstiques et un transfert rapide de matière organique menant à des émissions importantes de gaz à effet de serre. J’ai coordonné des projets comme le projet international PRISMARCTYC avec une approche interdisciplinaire. En parallèle, je me suis investi activement dans la communication scientifique et la sensibilisation au changement climatique, notamment auprès des jeunes publics.