Impact de la paramétrisation convective sur la représentation de la variabilité intrasaisonnière tropicale

par Marine Remaud

Thèse de doctorat en Physique de l'atmosphère

Sous la direction de Jean-Philippe Duvel.

Le jury était composé de Rémy Roca, Gilles Bellon, Nick Hall, Catherine Rio, Laurence Picon.


  • Résumé

    L'Oscillation de Madden-Julian (MJO) est le principal mode de variabilité intrasaisonnière (20-90 jours) dans les tropiques. La MJO se caractérise par une perturbation de la dynamique de grande échelle et des précipitations se propageant principalement vers l'Est à une vitesse 5 m/s à l'équateur, et aussi vers le Nord en été boréal. Malgré son importance, cette perturbation est mal reproduite dans les modèles de circulation générale (MCG). Ce défaut des MCGs a été attribué en partie à un déclenchement trop fréquent du schéma de convection profonde du modèle qui préserverait trop la stabilité statique dans les tropiques et empêcherait la formation de fortes perturbations organisées de la convection et le développement de la réponse dynamique de grande échelle qui en résulte. Cette thèse a donc pour objectif d'étudier l'impact de l'inhibition de la convection sur l'état moyen et la variabilité tropicale dans le MCG LMDZ. Pour cela, deux paramètres - la fermeture et l'entraînement - d'un même schéma convectif, qui étaient initialement basés sur le profil vertical de la convergence d'humidité, ont été modifiés. Le taux entraînement du schéma modifié est proportionnel à l'humidité relative de l'environnement. Des études de sensibilité dans un modèle unidimensionnel montrent que, par rapport au schéma initial, cette modification a pour effet d'inhiber la convection dans une atmosphère sèche et de la favoriser en atmosphère humide, les précipitations deviennent donc plus rares et plus intenses. Avec ce nouvel entraînement, les simulations globales du modèle atmosphérique LMDZ présentent effectivement une plus forte variabilité tropicale de la dynamique et des précipitations à toutes les échelles de temps. Le cycle saisonnier des précipitations est aussi mieux reproduit ainsi que la propagation vers l'Est et vers le Nord des perturbations intrasaisonnières. L'ajout d'une fermeture en CAPE modifie peu ce comportement, mais accélère légèrement la propagation vers le Nord et vers l'Est de la MJO, et donne un état moyen et une variabilité un peu plus réaliste dans les tropiques.

  • Titre traduit

    Impacts of convective parameterization on the representation of the Madden-Julian Oscillation


  • Résumé

    The Madden-Julian oscillation (MJO) is the dominant mode of the Tropical intraseasonal variability. The MJO is characterized by a wide region of rain perturbation propagating eastward along the equator at a speed of about 5 m/s, from the Indian Ocean to the Central Pacific with a period of 20-90 days. Its boreal summer counterpart, referred as the Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO), propagates both eastward and northward. The LMDZ atmospheric global circulation model (GCM), like most climate models, still has difficulties to represent correctly these two modes of tropical intraseasonal variability. One of the causes of this deficiency has been attributed to the lack of intense rain events organized at large scale. If the convection is triggered too easily in a GCM, the convective instability cannot accumulate in a column and trigger an organized convection at a basin scale. This thesis consisted in testing the role of several ways of inhibiting the convection in the simulation of the MJO in the LMDZ GCM. For this purpose, we have first evaluated the impact of entrainment and closure assumptions of the convective scheme on the structure of the atmospheric column using a 1D model and on the tropical variability using the LMDZ GCM. An entrainment that is dependant on the relative humidity of the environment has been implemented in the Tiedtke (1989) convective scheme. The new entrainment inhibits the convection in a dry environment and promotes the convection in a humid environment. This favours strong ascents and subsidence and consequently increases the variance of precipitation at all time scales. The new closure, based on the convective instability (CAPE) instead of the moisture convergence, decreases the occurrence of strong rain events and gives a more realistic mean state. The east-west ratio is increased at intraseasonal scale but it is not sufficient to organise correctly the eastward propagation related to the MJO. The seasonal cycle of the tropical precipitation over India is however improved. The LMDZ is able to reproduce correctly the signature of the northward propagation of the BSISO with a period of 40 days in Boreal Summer. We have shown, with A Local Mode Analysis (LMA), that the new entrainment produces intraseasonal perturbations related to the northward propagation of the BSISO which are more reproducible and more organized on the northern Indo-Pacific region.

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