Impact de la vapeur d’eau et des aérosols désertiques ‎sur le bilan radiatif et leurs contributions à ‎l’intensification de la dépression thermique en ‎Afrique de l’Ouest

Radiative impact of aerosols and water vapor and contribution to the ‎intensification of the Saharan Heat Low over West Africa‎.

• Auteur / Autrice : Ridha Guebsi
• Direction : Cyrille Flamant
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Météorologie, océanographie, physique de l'environnement
• Date : Soutenance le 24/05/2017
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'environnement d'Île-de-France (Paris ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Atmosphères, observations spatiales (Guyancourt, Yvelines ; 2009-....) - Laboratoire Atmosphères- Milieux- Observations Spatiales / LATMOS
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (1991-....)
• Jury : Président / Présidente : Valérie Ciarletti
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Juan Cuesta, Jacques Pelon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-François Léon, Isabelle Chiapello

Mots clés

Mots clés contrôlés

Zone de convergence intertropicale

Transfert radiatif

Humidité

Afrique occidentale

Aérosols

Mots clés libres

Aérosols désertiques

Vapeur d'eau

Dépression thermique

Mousson

Water vapor

Saharan heat low

Monsoon

Desertic aerosol

Résumé

Ce travail vise à améliorer notre ‎compréhension de l'impact radiatif des ‎aérosols et de la vapeur d'eau sur la ‎dynamique de la dépression thermique ‎saharienne (Saharan heat low, SHL) en ‎utilisant une combinaison d'observations ‎spatiales (MODIS, OMI et CALIOP) ainsi ‎que le modèle de transfert radiatif ‎STREAMER. La variabilité saisonnière ‎moyenne de l’épaisseur optique des aérosols ‎‎(AOD) et du contenu intégré en vapeur d'eau ‎‎(IWVC) sur le Sahara, moyenné sur les 11 ‎dernières années, est bien corrélée avec ‎l'évolution saisonnière du SHL. Après ‎l'apparition de la SHL, l'IWVC augmente ‎progressivement au dessus du Sahara tandis ‎que l'AOD présente un maximum localisé en ‎août, associé à la présence de systèmes ‎convectifs profonds formant au-dessus des ‎monts Hoggar.‎Pour estimer l'impact radiatif saisonnier de la ‎vapeur d'eau et des aérosols désertiques, le ‎modèle de transfert STREAMER a été utilisé ‎pour calculer le budget radiatif mensuel net ‎de mai à septembre. Des profils verticaux ‎mensuels moyens de température et ‎d'humidité obtenus à partir des analyses du ‎Centre européen pour les prévisions ‎météorologiques à moyen terme (ECMWF) ‎et des profils de coefficients d'extinction ‎dérivés de CALIOP sont utilisés comme ‎paramètres d'entrée pour le calcul du ‎modèle.‎ Nos travaux montrent que le forçage des ‎aérosols dans le Sud-Ouest du massif de ‎Hoggar domine le budget net radiatif de ‎surface, tandis que la vapeur d'eau est le ‎joueur le plus fort en termes de forçage en ‎ondes longues LW. Le forçage en ondes ‎courtes SW et longues LW associé aux ‎aérosols et à la vapeur d'eau, ‎respectivement, contribue au réchauffement de ‎la basse troposphère sur le Sahara pendant ‎l'été (lorsque le SHL est au-dessus du ‎Sahara). A son tour, ce chauffage intensifie ‎la circulation cyclonique du SHL conduisant ‎ainsi à renforcer l’advection de la vapeur ‎d'eau vers le Sahara.‎Par conséquent, l'analyse des tendances ‎décennales de la vapeur d'eau dans les ‎tropiques et sous-tropiques est importante ‎pour accroître la connaissance de la ‎dynamique de la SHL, une caractéristique ‎essentielle de la mousson ouest-africaine.‎Par ailleurs et pour la première fois, nous ‎montrons l'impact de la variabilité ‎saisonnière de la mousson africaine associée ‎à la modulation de la latitude du front ‎intertropicale (FIT), du jet de basse couche ‎‎(LLJ), du vent meridional et zonal, de ‎l’intensité et la position de la dépression ‎thermique saharienne et du jet d’est Africain ‎‎(EAJ) sur le soulèvement de la poussière sur ‎les deux périodes juin 2006 et juin 2011, ‎correspondant respectivement aux ‎campagnes AMMA et FENNEC.‎

This work aims at enhancing our ‎understanding of the radiative impact of ‎aerosols and water vapor on the dynamics ‎of the Saharan Heat Low (SHL) using a ‎combination of space-borne observations ‎‎(MODIS, OMI, CALIOP) and a radiative ‎transfer model (STREAMER). The mean ‎seasonal variability of aerosol optical depth ‎‎(AOD) and integrated water vapor content ‎‎(IWVC) over the Sahara, averaged over the ‎last 11 years, is found to be well correlated ‎with the seasonal evolution of the SHL. ‎After the onset of the SHL, the IWVC is ‎observed to increase steadily over the ‎Sahara while the AOD exhibits a localized ‎maximum during August associated with the ‎presence of deep convective systems ‎forming over the Hoggar Mountains.‎To estimate the seasonal radiative impact of ‎water vapor and desert aerosols, ‎STREAMER was used to calculate the net ‎monthly radiative budget from May to ‎September. Average monthly temperature ‎and humidity profiles obtained from the ‎European center for medium range weather ‎forecast (ECMWF) analyses and extinction ‎coefficient profiles derived from CALIOP ‎are used as input parameters for the model ‎calculation.‎Our work shows that the aerosols forcing in ‎the shortwave (SW) dominates the net ‎surface radiative budget, while water vapor ‎is the strongest player in terms of longwave ‎‎(LW) forcing. The SW and LW forcing ‎associated with aerosols and water vapor, ‎respectively, contribute to heating the lower ‎troposphere over the Sahara during the ‎summer (when the SHL is over the Sahara).‎ In turn, this heating intensifies the cyclonic ‎circulation of the SHL thereby leading to ‎enhanced advection of water vapor ‎towards the Sahara.‎Hence, analyzing the decadal trends of ‎water vapor in the Tropics and sub-Tropics ‎is important to increase knowledge of the ‎dynamics of the SHL, a pivotal feature of ‎the West African Monsoon system.‎For the first time we show the impact of the ‎variability of ‎the ‎African ‎monsoon ‎associated with the ‎modulation of the latitude of intertropical ‎discontinuity (ITD), the Saharan Heat Low ‎‎(SHL), the low level jet (LLJ) and African ‎Easterly Jet (AEJ) ‎on the uprising of dust ‎during the periods of June 2006 and June ‎‎2011, corresponding to the AMMA and ‎FENNEC field campaigns, respectively.‎