Interactions entre processus de surface et convection profonde sur les continents tropicaux : représentation dans un modèle de climat

par Nicolas Rochetin

Thèse de doctorat en Physique de l'atmosphère

Sous la direction de Jean-Yves Grandpeix.

Soutenue en 2012

à Paris 6 .


  • Résumé

    Le but de cette thèse est de montrer que les mécanismes de couplage entre la convection profonde et son environnement local, au travers des processus sous nuageux et de surface, affectent son déclenchement, et par là non seulement le cycle diurne mais aussi la variabilité inter-diurne de la convection nuageuse. L'analyse de ces couplages à travers le prisme l'équilibre radiatif convectif, d'une part, et leur meilleure représentation par l'introduction d'une paramétrisation stochastique du déclenchement, d'autre part, sont exclusivement menées au moyen du GCM unicolonne du LMD (LMDZ). L'Equilibre Radiatif Convectif (ERC) nous permet d'identifier le signature climatique de la nouvelle paramétrisation. On pose en premier la question de savoir quelle est la sensibilité de la convection profonde aux conditions de surface à l'équilibre. On travaille d'abord dans un cadre idéalisé en Equilibre Radiatif Convectif et sans couplage avec le rayonnement et le sol (les conditions de surface sont prescrites en température et en coefficient d'évapo-transpiration). Ce cas très simplifié nous permet d'évaluer comment évolue le poids relatif de chaque processus sous-maille selon le partitionnement entre flux sensible et flux latent. Ensuite on se place dans un cadre plus réaliste, avec un ERC continental comportant un cycle diurne, un rayonnement et une surface couplés à l'atmosphère, et enfin une hydrologie simplifiée. Une analyse de sensibilité de la convection continentale à l'humidité de surface menées dans le SCM (Single Column Model) et comparée avec des données satellites montre un bon accord entre l'ERC continental et les observations. On se penche ensuite sur les interactions entre la convection profonde et les processus sous-nuageux aux échelles de temps courtes: en particulier sur la problématique de la transition vers la convection profonde sur continents. D'aprés l'analyse statistique d'une simulation LES d'un cas de déclenchement d'orage isolé sur sol semi-aride (cas AMMA), on propose une formulation stochastique du déclenchement. Cette dernière est ensuite intégrée, sous la forme d'une paramétrisation, au GCM du LMD (LMDZ) puis testée au travers de cas d'études 1D variés, sa valeur ajoutée par rapport à l'ancienne paramétrisation est aussi discutée. Enfin cette nouvelle paramétrisation est analysée dans le cadre de l'ERC continental, et on y retrouve le même effet sur la variabilité intra-diurne et inter-diurne de la convection que celui diagnostiqué avec les cas réalistes 1D et le modèle 3D. L'ERC contiendrait donc l'empreinte climatique de cette nouvelle paramétrisation.

  • Titre traduit

    Interaction between surface processes and deep convection over tropical lands : representation in a climate model


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    The purpose of this thesis is to show that the coupling mechanisms between deep convection and its local environment, through processes in clouds and surface affect its onset, and thus not only the diurnal cycle but also inter-diurnal variability of convection cloud. The analysis of these couplings through the prism radiative convective equilibrium, on the one hand, and their best representation by the introduction of a parameterization of the triggering stochastic, on the other hand, are conducted exclusively through the LMD GCM unicolonne (LMDZ). Radiative Convective Equilibrium (ERC) allows us to identify the signing of the new climate parameterization. We put the first issue of which is the sensitivity of deep convection conditions surface at equilibrium. We first worked in an idealized convective and radiative equilibrium without coupling with the radiation and soil (surface conditions are prescribed temperature coefficient and evapotranspiration). This very simplified case allows us to assess how changing the relative weight of each subgrid process according to the partitioning between sensible flux and latent flux. Then we place ourselves in a more realistic, with a continental ERC with a diurnal cycle, radiation and a surface coupled to the atmosphere, and finally a simplified hydrology. A sensitivity analysis of convection in continental surface moisture carried in SCM (Single Column Model) and compared with satellite data shows good agreement between the ERC Continental and observations. It then examines the interactions between deep convection and processes sub-cloud to short time scales: in particular the problem of transition to deep convection over continents. According to the statistical analysis of a simulation LES of a case of isolated thunderstorm trigger on semi-arid land (if AMMA) we propose a stochastic formulation of the outbreak. The latter is then integrated in the form of a parameterization, the LMD GCM (LMDZ) and then tested through case studies of various 1D, its added value compared to the previous parameterization is also discussed. Finally this new parameterization is analyzed within the framework of the ERC Continental, and we find the same effect on the intra-day and inter-diurnal convection than diagnosed realistic case with 1D and 3D model. The ERC would then include the footprint of the new parameterization.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (160 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. [149]-160

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  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie. Section Sciences de la Terre Recherche - cartothèque - CADIST.
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  • Cote : T Paris6 2012 280
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