L’impact des températures de surface de la mer sur l’agrégation des nuages convectifs profonds

The impact of sea surface temperature on the aggregation of deep convective clouds

• Auteur / Autrice : Sara Shamekh
• Direction : Caroline Muller, Jean-Philippe Duvel, Fabio D'Andrea
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océan, atmosphère, climat et observations spatiales
• Date : Soutenance le 26/06/2020
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'environnement d'Île-de-France (Paris ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de météorologie dynamique (Palaiseau, Essonne ; 1968-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Pierre Chaboureau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Caroline Muller, Jean-Philippe Duvel, Fabio D'Andrea, Jean-Pierre Chaboureau, Adrian Tompkins, Françoise Guichard, Sandrine Bony, Christopher E. Holloway
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Adrian Tompkins, Françoise Guichard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Climatologie

Mots clés libres

Nuages convectifs

Agrégation

Température de surface de la mer

Deep convective clouds

Aggregation of convection

Sea-Surface temperature

Résumé

Cette thèse examine l’impact des hétérogénéités de température de surface de la mer (SST) sur l’agrégation des nuages convectifs, à l’aide de simulations 3D de l’équilibre radiatifconvectif. Les hétérogénéités de température étudiées sont soit imposées, soit interactives. Dans le premier cas, un point chaud de rayon R et d’anomalie de température ΔT est introduit à la surface. Le point chaud accélère l’agrégation et étend les valeurs de SST pour lesquelles la convection agrège. L’augmentation de l’instabilité sur le point chaud renforce la convection et la circulation grande échelle, forçant la subsidence et l’assèchement à l’extérieur du point chaud. Une anomalie suffisamment large ou chaude provoque l’agrégation même sans rétroactions radiatives. Dans le cas d’hétérogénéités interactives, l’océan est modélisé par une couche de température moyenne constante mais variant dans l’espace. La SST interactive ralentit l’agrégation, d’autant plus que la couche océanique est peu profonde. L’anomalie de SST dans les régions sèches est d’abord positive, s’opposant à la circulation divergente dans la couche limite, connue pour favoriser l’auto-agrégation. à un seuil de sécheresse plus élevé, l’anomalie devient négative et favorise cette circulation. La circulation peu profonde est corrélée à la vitesse d’agrégation. Elle est due à une haute pression, elle-même liée aux anomalies de SST et au refroidissement radiatif de la couche limite. L’inclusion d’un cycle diurne dans les simulations avec SST interactive accélère l’apparition de zones sèches et l’agrégation pour les couches océaniques peu profondes, réduisant ainsi la dépendance de l’agrégation à la profondeur de la couche océanique.

This study investigates the impact of Sea Surface Temperature (SST) heterogeneities on the aggregation of convective clouds, using 3D cloudresolving simulations of radiativeconvective equilibrium. The SST heterogeneities are either imposed or interactive. In imposed cases, a spatiotemporally fixed warm SST anomaly (Hot-spot) with radius R and temperature anomaly ΔT is introduced at the center of the domain. The hot-spot significantly accelerates aggregation and extends the range of SSTs for which aggregation occurs. A convective instability over the hot-spot leads to stronger convection and generates a large-scale circulation, forcing subsidence drying outside the hot-spot. A large/warm hot-spot drives the aggregation even without radiative feedbacks. In cases where SST heterogeneities are interactive, the ocean is modeled as one layer slab ocean, with a constant mean but spatially varying temperature. The interactive SST decelerates the aggregation, especially with shallower slab. SST anomaly in dry regions is positive at first, thus opposing the diverging shallow circulation known to favor self-aggregation. With further drying, it becomes negative and favors the shallow circulation. The shallow circulation is found to be well correlated with the aggregation speed. It can be linked to a positive surface pressure anomaly, itself the consequence of SST anomalies and boundary layer radiative cooling. Including a diurnal cycle in simulations with interactive SST results in faster triggering of dry patches and accelerates the aggregation for shallow slabs, thus reducing the dependency of aggregation on slab depth.