thèse
Lilian Loyer
LATMOS
Étude de processus-clés de la couche limite nuageuse en Arctique
Résumé
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.
Informations supplémentaires
Lieu : Amphi Durand – Bâtiment Esclangon – Sorbonne Université – 4 place Jussieu – Paris 5e
Composition du jury
Hervé Delbarre – Professeur – LPCA, rapporteur
Céline Planche – Maitre de Conférences – LaMP, rapporteure
Jean-Christophe Raut – Maitre de Conférences – LATMOS, directeur
François Ravetta – Professeur – LATMOS, Président
Jerôme Riedi – Professeur – LOA, examinateur
Jean-Baptiste Madeleine – Maitre de Conférences – LMD, examinateur
Jacques Pelon – Directeur de recherche CNRS – LATMOS, invité