« Rivières Atmosphériques » en Antarctique : caractéristiques et impacts, du passé au futur.

« Atmospheric Rivers » in Antarctica : climatology and impacts, from past to future.

• Auteur / Autrice : Léonard Barthélemy
• Direction : Francis Codron
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du climat, de l'atmosphère et des océans, terrestres et planétaire
• Date : Soutenance le 07/01/2025
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'environnement d'Île-de-France (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'océanographie et du climat : expérimentations et approches numériques (Paris ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Hélène Chepfer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Masa Kageyama, Benjamin Pohl
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hugues Goosse, Nicolas Jourdain

Mots clés

Mots clés contrôlés

Antarctique

Changements climatiques

Circulation atmosphérique

Thermodynamique de l'atmosphère

Interaction mer-atmosphère

Bilan hydrologique

Mots clés libres

Antarctique

Riviere atmospherique

Bilan de masse de surface

Extrêmes de température

Ipsl-Cm6a-Lr

Antarctica

Atmospheric rivers

Surface mass balance

Extreme of temperature

Ipsl-Cm6a-Lr

Résumé

Dans le contexte du changement climatique, le suivi de l'évolution du bilan de masse (BM) de la calotte de glace Antarctique est essentiel pour prédire sa contribution potentielle à la hausse du niveau des mers. En effet, l'augmentation de la vapeur d'eau dans l'atmosphère, conséquence de la hausse des températures (selon la relation de Clausius-Clapeyron), entraîne une hausse des précipitations en Antarctique, notamment sous forme d'accumulation de neige, stockant ainsi de l'eau sur le continent. Toutefois, les cumuls annuels de neige proviennent principalement d'événements hydrologiques rares, mais intenses, comme les rivières atmosphériques (RA). Ces événements extrêmes ont un impact majeur sur le bilan de masse de surface (BMS) : d'un côté, ils entraînent des accumulations de neige significatives (entre 74% et 80% des cumuls annuels à la station Princesse Elizabeth pour les années 2009 et 2011) ; d'un autre, ils sont associés à des précipitations liquides (30% à 50% de la pluie en péninsule Antarctique est liée aux RA) ainsi qu'à la fonte de surface provoquée par le rayonnement infrarouge induit par les fortes teneurs en humidité des RAs (responsables de 40% à 80% de la fonte hivernale en péninsule) impactant de manière négative le BMS. Dans cette thèse, le modèle IPSL-CM6A-LR est utilisé pour étudier ces événements au cours du 21ieme siècle, aussi bien en termes d'évolution de leur fréquence et de leurs caractéristiques, qu'en termes d'effets sur la calotte de glace, grâce à un algorithme de détection basé sur le transport de vapeur d'eau et prenant en compte l'augmentation globale d'humidité. Les résultats montrent une légère augmentation du nombre d'événements de RA (RAe) en Antarctique (+5% entre 1995-2014 et 2035-2054), accompagnée d'une intensification en termes de quantité de vapeur d'eau transportée et de surface impacté en Antarctique, et ce, malgré l'adaptation de la détection à l'augmentation de l'humidité. À l'échelle régionale, cette hausse est surtout due aux changements dans la dynamique atmosphérique, et se manifeste principalement dans des zones telles que Dronning Maud Land, Dôme C (DC) et Marie Byrd Land. L'augmentation de la fréquence des RAs est également observée dans leurs effets sur le BMS, où ces événements intensifient l'accumulation de neige plus rapidement que l'augmentation globale des précipitations neigeuses. Enfin, cette étude met en lumière les évolutions futures des températures extrêmes en Antarctique et leur lien avec les RAs, en particulier dans des régions comme Dôme C.

In the context of climate change, monitoring changes in the mass balance (MB) of the Antarctic ice cap is essential for predicting its potential contribution to rising sea levels. The increase in water vapour in the atmosphere as a result of rising temperatures (according to the Clausius-Clapeyron relationship) leads to an increase in precipitation in Antarctica, particularly in the increased snowfall, which stores water on the continent. However, annual snowfall mainly comes from rare but intense hydrological events, such as atmospheric rivers (AR). These extreme events have a major impact on the surface mass balance (SMB): on the one hand, they lead to significant snow accumulations (between 74% and 80% of annual accumulations at the Princess Elizabeth station for the years 2009 and 2011); on the other hand, they are associated with rainfall (30% to 50% of the rain on the Antarctic Peninsula is linked to the RAs) as well as surface melting caused by infrared radiation induced by the high moisture content of the RAs (responsible for 40% to 80% of the winter melt on the Peninsula), which has a negative impact on the WSB. In this thesis, the IPSL-CM6A-LR model is used to study these events over the 21st century, both in terms of changes in their frequency and characteristics, and in terms of their effects on the ice cap, using a detection algorithm based on the transport of water vapour and taking into account the global increase in humidity. The results show a slight increase in the number of AR events (ARe) in Antarctica (+5% between 1995-2014 and 2035-2054), accompanied by an intensification in terms of the quantity of water vapour transported and the surface area impacted in Antarctica, despite the adaptation of detection to the increase in humidity. On a regional scale, this increase is mainly due to changes in atmospheric dynamics, and is most apparent in areas such as Dronning Maud Land, Dôme C (DC) and Marie Byrd Land. The increase in the frequency of ARs is also observed in their effects on the WSB, where these events intensify snow accumulation more rapidly than the overall increase in snowfall. Finally, this study sheds light on future trends in extreme temperatures in Antarctica and their link with ARs, particularly in regions such as Dome C.