Etude et validation des couches limites atmosphérique et océanique à l'échelle locale

par Cécile Renaudie

Thèse de doctorat en Océan. Atmosphère

Sous la direction de Evelyne Richard.

Soutenue en 2009

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Une bonne représentation des couches limites atmosphérique et océanique, ainsi que des interactions entre celles-ci est essentielle à la prévision numérique du temps au dessus des océans. Les modèles numériques actuels ont une résolution de plus en plus fine, et cherchent à reproduire le maximum de phénomènes à diverses échelles de temps et d'espace. Dans le cadre de cette thèse, nous utilisons AROME (Application de la Recherche à l'Operationnel à MésoEchelle), un modèle de prévision numérique du temps à mésoéchelle, ainsi qu'HYCOM (HYbrid Coordinate Ocean Model), un modèle de circulation générale océanique en coordonnées hybrides. Dans une première partie, après avoir décrit ces deux outils, ainsi que les manières de calculer les flux turbulents représentant les interactions entre l'océan et l'atmosphère, la sensibilité des deux modèles à une variation de leurs paramètres de surface respectifs a été investiguée, à travers l'étude d'un cas de stratocumulus marin pour AROME, et de l'identification des paramètres atmosphériques impactant la température, la salinité et l'évolution de la couche de mélange océanique pour HYCOM. Une bonne représentation de cette dernière nécessite la prise en compte de deux aspects : la paramétrisation et la discrétisation verticale. Concernant le deuxième aspect, nous avons mis en place, dans une deuxième partie, une méthode qui permet de modifier la discrétisation verticale de HYCOM à chaque pas de temps afin de respecter la profondeur de la couche de mélange, et ce afin de pallier un problème de résolution verticale lors de phases d'approfondissement de celle-ci. L'aspect physique de la représentation de la couche de mélange océanique est ensuite considéré dans une troisième partie. Des données de deux campagnes de mesures s'insérant dans le projet MOUTON (Modélisation Océanique d'Un Théâtre d'Opérations Navales), ont été collectées par le SHOM (Service Hydrographique et Océanographique de la Marine) en mer d'Iroise en mai 2007 et août 2008. Celles-ci sont utilisées pour valider d'une part le schéma de mélange vertical océanique KPP (K Profile Parameterization) et d'autre part le modèle atmosphérique AROME. En effet, les prévisions de ce dernier sont comparées aux observations d'une bouée en 2007 (puisqu'aucune observation atmosphérique n'a été réalisée pendant cette campagne), et aux mesures des paramètres de surface ainsi qu'aux radiosondages réalisés en 2008. Les observations et prévisions d'AROME sont utilisés comme forçages d'HYCOM, et, finalement, le schéma de mélange vertical KPP permet de représenter correctement la réalité des observations océaniques.

  • Titre traduit

    Study and validation of atmospheric and oceanic boundary layers on a local scale


  • Résumé

    Representing correctly the atmospheric and oceanic boundary layers, as well as the interactions between both is essential in order to forecast the weather over the oceans. The current numerical models are characterised by a higher resolution, and try to reproduce as many phenomena as possible at different scales in time and space. As part of this PhD thesis, we use AROME (Application of Research to Operations at MesoscalE), a numerical model for weather forecast at meso scale, and also HYCOM (HYbrid Coordinate Ocean Model), a general oceanic circulation model in hybrid coordinates. In the first part of this manuscript, after the description of these tools, as well as the different ways to calculate turbulent fluxes representing air sea interactions, the sensitivity of both models to a variation of their respective surface parameters is investigated, through the study of a stratocumulus case for AROME, and the designation of atmospheric parameters impacting temperature, salinity and mixed layer evolution in HYCOM. A correct representation of the latter requires to take into account two aspects : parameterisation and vertical resolution. Concerning the second aspect, we set up, in a second part, a method able to modify vertical discretisation in HYCOM at each time step so that it represents well the depth of the mixed layer, in order to correct a vertical resolution problem in the case of deepening of the mixed layer. The physical aspect of the oceanic mixed layer representation is then considered in a third part. Data from two campaigns at sea as part of the project MOUTON (french for Oceanic Modelling of a Theatre of Naval Op\'{e}rations) were gathered by the SHOM (Hydrographical and oceanographical Service of the French Navy) in the bay of Iroise in May 2007 and August 2008. They are used first to validate the vertical mixing scheme KPP (K Profile Parameterization) and then the atmospheric model AROME. In fact, the forecasts from the latter are compared to observations from a buoy in 2007 (because no atmospheric data was gathered during this campaign), and to the measures of surface parameters and soundings performed in 2008. The observations and forecasts are used as forcings for HYCOM, and, eventually, KPP represents correctly the reality of oceanic observations.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (221 p.)
  • Annexes : Bibliogr. 203-209 p.

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2009TOU30176
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