Bellenger, Hugo (2007) The role of ocean-atmosphere interaction in the tropical convective intraseasonal variability. PhD thesis LMD, EP - LMD, EP/X p.206.

Alternative Locations: http://www.imprimerie.polytechnique.fr/Theses/Files/Bellenger.pdf

Table of content

Introduction - 1
1 Physique du climat tropical - 3
1.1 Variabilité du climat tropical - 4
1.1.1 El Niño (El Niño Southern Oscillation, ENSO) - 4
1.1.2 La variabilité saisonnière et les moussons - 5
1.1.3 La variabilité haute fréquence - 6
1.2 Interaction de la convection et de la circulation de grande échelle - 12
1.2.1 Principe de la convection humide atmosphérique - 12
1.2.2 Les théories de l’interaction de la convection et de la dynamique de grande échelle - 15
1.2.3 Modélisation de la convection atmosphérique - 21
1.3 Importance de l’interaction océan-atmosphère sur la variabilité intrasaisonnière - 23
1.3.1 Variabilité des flux de surface à l’échelle intrasaisonnière - 23
1.3.2 Les mécanismes de la variabilité intrasaisonnière de la température de surface océanique - 25
1.3.3 Impact de la variabilité intrasaisonnière de la température de surface sur l’atmosphère - 28
1.3.4 Le paramètre "Température de Surface de l’Océan" dans les modèles - 31
2 Données, Méthodes et outils - 33
2.1 Les données utilisées - 33
2.1.1 Les Températures de Surface de l’Océan (TSO) - 33
2.1.2 Climatologie de la profondeur de la couche de mélange océanique - 38
2.1.3 Le rayonnement infrarouge sortant au sommet de l’atmosphère (Outgoing Longwave Radiation, OLR) - 40
2.1.4 Les réanalyses - 41
2.1.5 Récapitulatif des données utilisées - 42
2.2 Méthodes d’analyses - 43
2.2.1 L’Indice régional Moyen de Déclenchement des Précipitations (IMDP) - 43
2.2.2 Analyse spectrale - 43
2.2.3 Analyse en Mode Locaux (AML) - 45
2.3 Le Modèle de Circulation Générale (MCG) LMDZ - 54
2.3.1 Présentation générale - 54
2.3.2 Conditions initiales et conditions aux limites - 55
2.3.3 Le zoom et le guidage - 56
3 Évolution saisonnière de la variabilité intrasaisonnière - 58
3.1 Motivations de l’étude - 58
3.2 Perturbations convectives intrasaisonnières liées à l’évolution saisonnière des moussons Indo-Pacifique - 61
3.2.1 Evolution saisonnière de la variabilité intrasaisonnière dans la région Indo-Pacifique - 61
3.2.2 Lien entre variabilité intrasaisonnière et profondeur de la couche de mélange dans la région Indo-Pacifique - 63
3.2.3 Les régions de moussons Indo-Pacifique - 65
3.3 Evolutions régionales et lien avec la Date Moyenne de Déclenchement des Précipitations (DMDP) - 66
3.3.1 Cycles saisonniers de l’océan de surface - 66
3.3.2 Cycles saisonniers de la variabilité intrasaisonnière - 67
3.3.3 Définition et distribution saisonnière des forts évènements intrasaisonniers - 69
3.3.4 Déclenchement des précipitations et forts évènements intrasaisonniers - 70
3.3.5 Structures des forts évènements intrasaisonniers associés aux déclenchements des précipitations - 73
3.4 Conclusion et Discussion - 74
4 La variabilité intrasaisonnière dans LMDZ, impact des perturbations de la TSO - 78
4.1 Motivations de l’étude et présentation des expériences - 78
4.1.1 Rôle de la variabilité intrasaisonnière de la température de surface de l’océan dans la variabilité intrasaisonnière de la convection tropicale - 78
4.1.2 Présentation des expériences LMDZ - 80
4.2 Evolution saisonnière de LMDZ dans l’Indo-Pacifique - 80
4.2.1 Les états atmosphériques moyens simulés - 80
4.2.2 Evolution saisonnière de la variabilité intrasaisonnière simulée - 84
4.3 L’organisation de la variabilité intrasaisonnière dans LMDZ - 93
4.3.1 Capacité du modèle à organiser la variabilité intrasaisonnière - 93
4.3.2 Organisation de la variabilité intrasaisonnière en hiver - 95
4.3.3 Organisation de la variabilité intrasaisonnière en été - 100
4.4 Réponse de LMDZ aux perturbations intrasaisonnières de TSO (cas de l’hiver 2002) - 105
4.5 Conclusion - 113
5 Les variations diurnes de la température de surface océanique et les Couches de Réchauffement Diurnes - 115
5.1 Introduction - 115
5.1.1 Définition des Couches de Réchauffement Diurne - 115
5.1.2 Motivations de l’étude du Couches de Réchauffement Diurne - 115
5.2 Le modèle diagnostic des Couches de Réchauffement Diurne (COARE 3) - 117
5.2.1 Physique de la Couche de Réchauffement Diurne - 117
5.2.2 Le phénomène de "Peau Froide" - 121
5.3 Méthodes de diagnostic des Couches de Réchauffement Diurne - 123
5.3.1 Choix des paramètres d’entrée de l’algorithme COARE - 123
5.3.2 Choix des réanalyses utilisées - 124
5.3.3 Méthode 1: utilisation des paramètres de surface ERA-40 en entrée de COARE 3 (CEPAR) - 125
5.3.4 Méthode 2: utilisation des flux de surface ERA-40 en entrée de COARE 3 (CEFLU) - 127
5.3.5 Comparaison des résultats des deux méthodes (CEPAR et CEFLU) - 128
5.4 Validation du diagnostic des Couches de Réchauffement Diurne - 130
5.4.1 Validation par comparaison aux données de bouées SVP - 130
5.4.2 Validation par comparaison à des formules empiriques - 139
5.4.3 Présentation de climatologies des variations diurnes - 143
5.5 Résultats: les variations diurnes de la température de surface associées aux Couches de Réchauffement Diurnes - 145
5.5.1 Evolution saisonnière climatologique des CRD - 145
5.5.2 Organisation des CRD - 147
5.5.3 Impact des CRD et de l’effet de peau froide sur la température de surface de l’océan dans la région Indo-Pacifique - 149
5.6 Conclusions - 154
6 Couches de Réchauffement Diurne et Peau Froide interactives dans LMDZ - 156
6.1 Motivations de l’étude - 156
6.2 Description des expériences - 158
6.2.1 Intégration des CRD et Peau Froide interactives dans LMDZ - 158
6.2.2 Configuration de LMDZ et présentation des expériences - 159
6.3 Simulations des CRD dans l’Océan Indien pendant l’hiver 1999 - 160
6.3.1 Impact du guidage sur l’état atmosphérique simulé - 160
6.3.2 Organisations des CRD simulées - 163
6.3.3 Etude des variations diurnes simulées - 168
6.3.4 Impact des CRD et de la peau froide sur la variabilité de la TSO et de la convection - 172
6.4 Conclusions - 173
Conclusions et perspectives - 175
Confirmation de l’importance de l’interaction entre océan et atmosphère dans la variabilité saisonnière de la convection atmosphérique - 175
Vers une meilleure compréhension des processus physiques de l’interaction entre océan et atmosphère - 175
Perspectives - 176
Les campagnes MISMO et VASCO-CIRENE - 176
Étude de la sensibilité climatique au processus de surface au moyen de modèles globaux - 176
Annexe 1 - Calcul des flux turbulents à la surface (COARE 3) - 178
Annexe 2 – Correction de Webb - 184
Annexe 3 – Méthode d’interpolation KRIG - 185
Bibliographie - 187

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